KR101476523B1 - Electrode of secondary battery - Google Patents
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Abstract
고정된 전극 적층체 구조를 채용하는 리튬 이온 2차 전지에 있어서의, 정극 또는 부극 상에 발생하는 응력을 저감시킨 2차 전지의 전극을 제공한다. 본 발명에 관한 2차 전지의 전극은, 정극(10)과 세퍼레이터(30)와 부극(20)을 교대로 적층한 적층 전극체(101)와, 적층 전극체를 적층 방향으로 고정하는 고정부(40)를 갖고, 세퍼레이터와 대향하는 정극 및/또는 부극의 강성이 고정부의 근방부보다도 원방부 쪽이 낮은 것을 특징으로 한다.There is provided an electrode of a secondary battery in which a stress generated on a positive electrode or a negative electrode in a lithium ion secondary battery employing a fixed electrode laminate structure is reduced. The electrode of the secondary battery according to the present invention is composed of a laminated electrode body 101 in which a positive electrode 10, a separator 30 and a negative electrode 20 are alternately laminated, and a fixing portion 40), and the rigidity of the positive electrode and / or the negative electrode facing the separator is lower than that in the vicinity of the fixed portion.
Description
본 발명은, 전기 자동차 등에 사용되는 2차 전지의 전극에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode of a secondary battery used in an electric automobile or the like.
전기 자동차 등에 사용되는 2차 전지는, 집전체의 양면에 정극 또는 부극의 활물질이 도포되어 형성된 정극 또는 부극을, 세퍼레이터를 사이에 두고 적층시킨 적층 전극체를 구성하고 있는 것이 많다. 이와 같은 적층식의 2차 전지는 외부로부터의 진동에 의해 전극체에 적층의 어긋남이 발생하기 쉬우므로, 적층 전극체를 적층 방향으로 고정하는 기술이 연구되고 있다. 예를 들어, 하기 특허문헌 1에서는 전극 반응에 이용되는 활성 영역으로부터 일탈한 영역에 적층 전극체를 고정하기 위한 관통부를 형성하는 기술이 개시되어 있다.BACKGROUND ART [0002] In a secondary battery used in an electric vehicle or the like, a laminated electrode body in which a positive electrode or a negative electrode formed by applying a positive electrode or a negative electrode active material to both surfaces of a current collector is laminated with a separator interposed therebetween is often constituted. Such a laminated secondary battery tends to cause a displacement of lamination in the electrode body due to external vibrations, and therefore a technique of fixing the laminated electrode body in the lamination direction has been studied. For example, Patent Document 1 discloses a technique of forming a penetrating portion for fixing a laminated electrode body to an area deviating from an active region used for an electrode reaction.
그러나 전극은 충방전에 의한 리튬의 삽입·이탈 반응에 수반하여, 활물질층은 팽창·수축을 반복한다. 그로 인해, 상기 특허문헌 1과 같이 적층 전극체에 있어서 정극과 부극을 적층 방향으로 고정해 버리면, 당해 고정부를 기점으로 하여 정극 활물질층이나 부극 활물질층의 표면은 팽창·수축하여, 응력에 의한 변형이 발생한다. 활물질층에 발생하는 응력이 높아지면, 전극층의 붕락이나 박리가 일어나고, 이에 의해 2차 전지의 내부 단락이 발생할 우려가 있다. 전극층의 붕락 등은 전지의 수명을 짧아지게 할 우려도 갖는다.However, the electrode repeats the expansion and contraction of the active material layer due to the insertion / removal of lithium by charging / discharging. Therefore, when the positive electrode and the negative electrode are fixed in the lamination direction in the laminated electrode body as in the above-described Patent Document 1, the surfaces of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer expand or shrink starting from the fixed portion, Deformation occurs. If the stress generated in the active material layer is increased, the electrode layer may be collapsed or peeled off, thereby causing internal short-circuiting of the secondary battery. And the electrode layer is likely to be short-lived.
본 발명은, 상술한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 고정된 적층 전극체 구조를 채용하는 리튬 이온 2차 전지에 있어서의, 정극 또는 부극 상에 발생하는 응력을 저감시킨 2차 전지의 전극을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an electrode of a secondary battery in which a stress generated on a positive electrode or a negative electrode in a lithium ion secondary battery employing a fixed laminated electrode structure is reduced .
상기 목적을 달성하는 본 발명은, 정극, 세퍼레이터 및 부극을 교대로 적층한 적층 전극체와, 적층 전극체를 적층 방향으로 고정하는 고정부를 갖고 있다. 그리고 정극 및/또는 부극의 강성이 고정부의 근방부보다 원방부(遠方部) 쪽이 낮은 것을 특징으로 하고 있다.The present invention for achieving the above object has a laminated electrode body in which a positive electrode, a separator and a negative electrode are alternately laminated, and a fixing portion for fixing the laminated electrode body in the lamination direction. And the rigidity of the positive electrode and / or the negative electrode is lower in the distal portion than in the vicinity of the fixed portion.
본 발명에 관한 2차 전지의 전극에 따르면, 충방전 반응 등에 의해 고정부를 기점으로 하여 발생하는 적층 전극체의 팽창·수축에 의한 변형은, 고정부로부터 이격될수록 커지므로, 정극 또는 부극의 강성을 고정부로부터 이격될수록 낮게 구성하고 있다. 그로 인해, 2차 전지의 충방전에 의해 발생하는 고정부로부터 원방부의 변형이 근방부에 비해 허용되어, 정극 또는 부극에 발생하는 응력을 저감시킬 수 있다.According to the electrode of the secondary battery according to the present invention, the deformation caused by the expansion and contraction of the laminated electrode body generated from the fixed portion by the charge / discharge reaction becomes larger as the distance from the fixed portion increases. And the lower the distance from the government. As a result, deformation of the circular portion from the fixing portion caused by charging / discharging of the secondary battery is allowed compared with the adjacent portion, so that the stress generated in the positive electrode or the negative electrode can be reduced.
이와 같이 정극 또는 부극의 표면에 발생하는 응력을 저감시킴으로써 전극층의 붕락, 박리를 억제할 수 있고, 또한 2차 전지의 내부 단락을 억제하여, 전지의 수명을 향상시킬 수 있다.By reducing the stress generated on the surface of the positive electrode or the negative electrode in this manner, it is possible to suppress the dislocation and peeling of the electrode layer and also to suppress internal short-circuiting of the secondary battery, thereby improving the life of the battery.
도 1은 적층형 2차 전지를 도시하는 단면도.
도 2는 본 발명에 관한 정극을 도시하는 평면도.
도 3은 도 2의 3-3선을 따르는 단면도.
도 4는 본 실시 형태에 관한 2차 전지의 전극의 변형예를 도시하는 단면도.
도 5는 본 실시 형태에 관한 2차 전지의 전극의 변형예를 도시하는 평면도.
도 6은 본 실시 형태에 관한 2차 전지의 전극의 변형예를 도시하는 평면도.
도 7은 본 실시 형태에 관한 2차 전지의 전극의 변형예를 도시하는 평면도.
도 8은 본 실시 형태에 관한 2차 전지의 전극의 변형예를 도시하는 평면도.1 is a sectional view showing a stacked secondary battery;
2 is a plan view showing a positive electrode according to the present invention.
3 is a sectional view taken along line 3-3 of Fig.
4 is a sectional view showing a modified example of the electrode of the secondary battery according to the embodiment;
5 is a plan view showing a modification of the electrode of the secondary battery according to the embodiment;
6 is a plan view showing a modified example of the electrode of the secondary battery according to the embodiment.
7 is a plan view showing a modification of the electrode of the secondary battery according to the embodiment.
8 is a plan view showing a modified example of the electrode of the secondary battery according to the present embodiment.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 또한, 이하의 기재는 특허청구의 범위에 기재되는 기술적 범위나 용어의 의의를 한정하는 것은 아니다. 또한, 도면의 치수 비율은 설명의 사정상 과장되어 있고, 실제의 비율과는 다른 경우가 있다.DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, the following description does not limit the technical scope and meaning of the terms described in the claims. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may differ from the actual ratios.
도 1은 적층형 2차 전지를 도시하는 단면도, 도 2는 본 실시 형태에 관한 정극 또는 부극을 도시하는 평면도, 도 3은 도 2의 3-3선을 따르는 단면도이다.2 is a plan view showing a positive electrode or a negative electrode according to the present embodiment, and Fig. 3 is a sectional view taken along the line 3-3 in Fig. 2. Fig.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 2차 전지(100)는, 정극(10)과 세퍼레이터(30)와 부극(20)을 교대로 적층한 적층 전극체(101)와, 적층 전극체(101)를 적층 방향으로 고정하는 고정부(40)를 갖고, 세퍼레이터(30)와 대향하는 정극(10) 및/또는 부극(20)의 강성은 고정부(40)의 근방부보다도 원방부 쪽이 낮게 구성되어 있다.1 to 3, a
본 실시 형태에 있어서 정극(10) 및/또는 부극(20)의 강성은, 정극(10) 및/또는 부극(20)의 표면의 표면 조도를 고정부(40)의 근방부보다 원방부 쪽을 크게 함으로써 조정하고 있다. 표면 조도의 조정은 정극(10) 및/또는 부극(20)의 표면에 홈부(50)를 형성함으로써 조정하고 있다. 또한, 도 2 및 도 3에서는 정극(10)의 표면을 도시하고 있지만, 고정부(40)나 홈부(50)에 관한 기재는 부극(20)에 대해서도 마찬가지로 적용된다.The rigidity of the
2차 전지(100)는 라미네이트 필름 등으로 형성되는 외장재(70)의 내부에 밀봉되어 있다. 이에 의해 2차 전지(100)에 가해지는 충격이 완화되어, 2차 전지(100)로부터의 액 누설이 방지된다. 또한, 정극(10)은, 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 정극 집전체(11)의 표면에 정극 활물질(12) 및 피복층(60)을 도포함으로써 구성된다. 마찬가지로 부극(20)은 부극 집전체(21)의 표면에 부극 활물질(22) 및 피복층(60)을 도포함으로써 구성된다. 이하, 상세하게 서술한다.The
정극 집전체(11) 및 부극 집전체(21)를 구성하는 집전체는, 도전성 재료로 구성되고, 그 한쪽의 면 또는 양면에 활물질층이 배치된다. 집전체를 구성하는 재료에 특별히 제한은 없고, 예를 들어 금속이나, 도전성 고분자 재료 또는 비도전성 고분자 재료에 도전성 필러가 첨가된 도전성을 갖는 수지가 채용될 수 있다. 도전성 고분자 재료에는, 예를 들어 폴리아닐린, 폴리피롤 등을 들 수 있고, 비도전성의 고분자 재료로서는, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등을 들 수 있다.The current collector constituting the positive electrode
도전성 필러에는 도전성, 내전위성, 또는 리튬 이온 차단성이 우수한 재료로서, 금속 및 도전성 카본 등을 들 수 있다. 금속으로서는, 특별히 제한은 없지만, Ni, Ti, Al 등으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 혹은 이들 금속을 포함하는 합금 또는 금속 산화물을 포함하는 것이 바람직하다. 도전성 카본으로서는, 특별히 제한은 없지만, 아세틸렌 블랙이나 카본 나노 파이버, 케첸 블랙, 카본 나노 튜브 등으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하다.Examples of the conductive filler include metals, conductive carbon, and the like, which are excellent in conductivity, anti-satellite, or lithium ion barrier properties. The metal is not particularly limited, but preferably includes at least one kind of metal selected from the group consisting of Ni, Ti, and Al, or an alloy or metal oxide containing these metals. The conductive carbon is not particularly limited, but preferably includes at least one selected from acetylene black, carbon nanofiber, Ketjen black, carbon nanotube, and the like.
정극 활물질층(12)을 형성하는 정극 활물질은, 방전 시에 리튬 이온을 흡장하고, 충전 시에 리튬 이온을 방출하는 조성을 갖는다. 바람직한 일례로서는, 전이 금속과 리튬의 복합 산화물인 리튬-전이 금속 복합 산화물을 들 수 있다.The positive electrode active material for forming the positive electrode
구체적으로는, LiCoO2 등의 Li·Co계 복합 산화물, LiNiO2 등의 Li·Ni계 복합 산화물, 스피넬 LiMn2O4 등의 Li·Mn계 복합 산화물, LiFeO2 등의 Li·Fe계 복합 산화물 및 이들 전이 금속의 일부를 다른 원소에 의해 치환한 것 등을 사용할 수 있다. 이들 리튬-전이 금속 복합 산화물은, 반응성, 사이클 특성이 우수하고, 저비용의 재료이다. 그로 인해, 이들 재료를 전극에 사용함으로써, 출력 특성이 우수한 전지를 형성하는 것이 가능하다.Concretely, a Li-Co composite oxide such as LiCoO 2 , a Li · Ni composite oxide such as LiNiO 2 , a Li · Mn composite oxide such as spinel LiMn 2 O 4 , a Li · Fe composite oxide such as LiFeO 2 And those obtained by replacing a part of these transition metals with other elements. These lithium-transition metal composite oxides are excellent in reactivity and cycle characteristics, and are low-cost materials. Therefore, by using these materials for the electrodes, it is possible to form a battery having excellent output characteristics.
이 외에, 정극 활물질로서는, LiFePO4 등의 전이 금속과 리튬의 인산 화합물이나 황산 화합물;V2O5, MnO2, TiS2, MoS2, MoO3 등의 전이 금속 산화물이나 황화물;PbO2, AgO, NiOOH 등을 사용할 수도 있다. 상기 정극 활물질은, 단독으로 사용되어도 혹은 2종 이상의 혼합물의 형태로 사용되어도 된다.Examples of the positive electrode active material include transition metal oxides and sulfides such as V 2 O 5 , MnO 2 , TiS 2 , MoS 2 and MoO 3 , transition metal oxides such as LiFePO 4 and lithium phosphate compounds such as PbO 2 , AgO , NiOOH, or the like may be used. The positive electrode active material may be used alone or in the form of a mixture of two or more.
부극 활물질층(22)을 형성하는 부극 활물질은, 방전 시에 리튬 이온을 방출하고, 충전 시에 리튬 이온을 흡장할 수 있는 조성을 갖는다. 부극 활물질은, 리튬을 가역적으로 흡장 및 방출할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않지만, 부극 활물질의 예로서는, Si나 Sn 등의 금속, 혹은 TiO, Ti2O3, TiO2, 혹은 SiO2, SiO, SnO2 등의 금속 산화물, Li4 /3Ti5 /3O4 혹은 Li7MnN 등의 리튬과 전이 금속의 복합 산화물, Li-Pb계 합금, Li-Al계 합금, Li, 또는 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 활성탄, 카본 파이버, 코크스, 소프트 카본, 혹은 하드 카본 등의 탄소 재료 등을 바람직하게 들 수 있다.The negative electrode active material forming the negative electrode
이 중, 리튬과 합금화하는 원소를 사용함으로써, 종래의 탄소계 재료에 비해 높은 에너지 밀도를 갖는 고용량 및 우수한 출력 특성의 전지를 얻는 것이 가능해진다. 상기 부극 활물질은, 단독으로 사용되어도 혹은 2종 이상의 혼합물의 형태로 사용되어도 된다. 상기한 리튬과 합금화하는 원소로서는, 이하로 제한되는 일은 없지만, 구체적으로는, Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, Zn, H, Ca, Sr, Ba, Ru, Rh, Ir, Pd, Pt, Ag, Au, Cd, Hg, Ga, Tl, C, N, Sb, Bi, O, S, Se, Te, Cl 등을 들 수 있다.Among them, by using an element that alloys with lithium, it becomes possible to obtain a battery having a high energy density and a high output characteristic compared to a conventional carbon-based material. The negative electrode active material may be used alone or in the form of a mixture of two or more kinds. The element to be alloyed with lithium is not limited to the following elements but may be specifically exemplified by Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, Zn, H, Ca, Sr, Ba, Ru, Rh, Ir, Pd, Pt, Ag, Au, Cd, Hg, Ga, Tl, C, N, Sb, Bi, O, S, Se, Te and Cl.
활물질층과 집전체의 접합 방법은 특별히 제한 없고, 종래의 방법을 적절하게 채용할 수 있다. 예를 들어, 활물질층과 집전체의 사이에 접착제를 도포하여 접착함으로써 접합해도 되고, 핫프레스에 의해 열융착함으로써 접합해도 된다.The method of joining the active material layer and the current collector is not particularly limited, and a conventional method can be suitably employed. For example, the adhesive may be applied by applying an adhesive between the active material layer and the current collector and bonding them, or may be bonded by hot-pressing by hot pressing.
세퍼레이터(30)는, 2차 전지의 충방전 반응에 의해 리튬 이온 등이 이동 가능하도록, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀으로 이루어지는 입자 직경이 미세한 다공막으로 구성된다.The
상술한 정극 활물질층(12), 이것에 인접하는 부극 활물질층(22) 및 피복층(60)은 세퍼레이터(30)를 사이에 두고 대향하고, 정극 활물질층(12), 피복층(60), 세퍼레이터(30), 피복층(60), 부극 활물질층(22)의 순서대로 적층되어 있다.The above-described positive electrode
이에 의해 인접하는 정극 활물질층(12), 피복층(60), 세퍼레이터(30), 피복층(60) 및 부극 활물질층(22)은 1개의 단전지층(80)을 구성한다. 따라서 본 실시 형태의 리튬 이온 전지는, 단전지층(80)이 복수 적층됨으로써 전기적으로 병렬 접속되어 있는 구성을 갖는다.The adjacent positive electrode
또한, 단전지층(80)의 외주에는 인접하는 정극 집전체와 부극 집전체 사이를 절연하기 위한 시일부가 설치되어 있어도 된다. 적층 전극체(101)의 양쪽 최외층에 위치하는 정극 집전체(11)에는 모두 편면에만 정극 활물질층(12)이 배치되어 있다. 또한, 도 1의 정극 및 부극의 배치를 반대로 하여 최외층의 부극 집전체(21)의 편면에만 부극 활물질층(22)이 배치되도록 구성해도 된다.A sealing portion for insulating the adjacent positive electrode current collector and the negative electrode current collector may be provided on the outer periphery of the
정극 집전체(11) 또는 부극 집전체(21)에는, 정극(10) 또는 부극(20)과 도통되는 정극 집전판(13) 또는 부극 집전판(23)이 각각 설치된다. 정극 집전판(13) 및 부극 집전판(23)은, 외장재(70)의 단부 사이에 끼워져, 외장재(70)의 외부로 도출되도록 배치되어 있다. 정극 집전판(13) 또는 부극 집전판(23)은, 필요에 따라 정극 단자 리드 및 부극 단자 리드를 통해, 정극 집전체(11) 또는 부극 집전체(21)에 초음파 용접이나 저항 용접 등에 의해 설치되어 있어도 된다.The positive electrode
단, 정극 집전체(11)가 연장되어 정극 집전판(13)으로 되고, 외장재(70)로부터 도출되어 있어도 된다. 마찬가지로, 부극 집전체(21)가 연장되어 부극 집전판(23)으로 되고, 마찬가지로 외장재(70)로부터 도출되도록 배치해도 된다.However, the positive electrode
피복층(60)은, 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 정극(10) 및 부극(20)에 있어서의 세퍼레이터(30)와 대향하는 표면에 설치되고, 세퍼레이터(30)보다 융점이 높은 재료에 의해 구성되어 있다. 피복층(60)을 형성함으로써, 예를 들어 세퍼레이터(30)를 형성하는 폴리에틸렌이 140도 부근에서 멜트 다운한 경우에서도, 피복층(60)은 세퍼레이터(30)보다도 융점이 높으므로, 정극(10)과 부극(20) 사이에 개재할 수 있다. 이에 의해, 2차 전지(100)의 내부 단락을 방지할 수 있다. 피복층(60)의 재료는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 폴리이미드나 방향족 폴리아미드 등의 내열성 수지가 사용된다.1 and 3, the
고정부(40)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 정극(10) 또는 부극(20)의 평면에 있어서의, 전극 반응에 이용되는 활성 영역으로부터 일탈한 영역에 형성되어 있다. 도 2, 도 3에서는 직사각 형상의 정극(10), 부극(20)의 4개소에 고정부(40)를 설치하고, 설명의 편의상, 집전체(11, 21)는 생략하고, 표면에 피복층(60)이 위치하고, 그 하부에 활물질층(12, 22)이 위치하도록 도시하고 있다. 고정부(40)의 상기 4개소는, 예를 들어 도 2에 있어서의 우측 상부와 좌측 하부 및 좌측 상부와 우측 하부의 대각선의 교점이 정극(10) 또는 부극(20)의 표면의 기하적인 중심을 통과하도록 배치하고 있다. 고정부(40)는 단전지층(80)의 단위가 아니라, 적층 전극체(101)를 통합하여 고정하고 있다. 고정부(40)는, 특별히 한정되지 않지만, 본 실시 형태에 있어서는 클립에 의해 구성하고 있다.As shown in Fig. 2, the fixing
본 실시 형태에 관한 적층 전극체(101)는, 상술한 정극(10), 부극(20) 및 세퍼레이터(30)가 10개 내지 24개 미만 적층되어 있다. 도 2에 있어서의 정극(10) 또는 부극(20)의 평면의 어스펙트비는 1:1 내지 1:4의 사이인 것이 바람직하다.The
홈부(50)는, 고정부(40)가 정극(10), 부극(20)의 4개소에 설치되어 있는 경우에는, 도 2에 도시하는 고정부(40)의 대각선으로 절단한 단면에 있어서, 피복층(60)에 대략 직사각 형상으로 복수 형성되어 있다. 본 실시 형태에 있어서 고정부(40)의 근방부는, 도 3에 있어서의 고정부 근방의 우측 주변 및 좌측 주변 부분이 해당하고, 원방부는 고정부(40)로부터 근방부보다도 더 이격한 도 3에 있어서의 중앙 부분이 해당한다.In the case where the fixing
홈부(50)는 고정부(40)의 근방부보다도 원방부 쪽이 크게 구성되고, 도 3에서는 고정부(40)가 위치하는 우측 단부 및 좌측 단부보다도 중앙 부분의 표면 조도를 크게 함으로써 강성을 조정하고 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 2차 전지의 적층 방향으로부터 보았을 때에, 도 2에 도시한 바와 같이 홈부(50)를 대략 진원 형상으로 복수 형성함으로써, 정극(10), 부극(20)의 표면 조도 및 강성을 조정하고 있다. 홈부(50)는, 예를 들어 엠보스 가공이나 펀칭 가공에 의해 형성할 수 있다. 홈부(50)의 성상을 나타내는 표면 조도의 지표는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 산술 평균 거칠기(Ra)를 사용할 수 있다. 또한, 홈부(50)의 형상의 측정 방법으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 단면 SEM이나 탐침 형상의 조도계, 또는 레이저 변위계 등에 의해 행할 수 있다.3, the
홈부(50)에 의한 표면 조도의 조정은, 예를 들어 도 3에 도시한 바와 같이, 홈부(50)의 깊이 d를 고정부(40)의 근방부보다도 원방부를 깊게 함으로써 행할 수 있다. 또한, 도 3에 있어서의 홈부(50)의 간격 g에 대해서는, 고정부(40)의 근방부보다도 원방부를 좁게 하도록 구성할 수 있다.Adjustment of the surface roughness by the
상술한 바와 같이, 적층 전극체(101)를 도 2에 도시하는 정극(10), 부극(20)의 4개소의 단부에서 고정하면, 정극(10) 또는 부극(20)의 중심 부근은 고정되어 있지 않은 상태로 된다. 이와 같은 상태에서 전지의 충방전 반응에 의해 리튬 이온의 삽입·이탈이 발생하여, 정극(10) 또는 부극(20)에 팽창·수축 현상이 일어나면, 고정부(40)에 의해 고정되어 있지 않은 중앙 부분에는 응력이 발생하고, 집중된다. 정극(10) 또는 부극(20)의 표면에 응력 집중 부위가 발생하면, 전극의 붕락 등을 야기할 우려가 있다.As described above, when the
이에 대해 본 실시 형태에서는, 상기 팽창·수축에 의해 발생하는 응력에 대해, 활물질층(12, 22)에 인접하는 피복층(60)의 표면에 홈부(50)를 형성하고 있다. 고정부(40)로부터 이격된 원방부에 응력이 발생하고, 집중된 경우, 홈부(50)가 형성됨으로써 고정부(40)로부터 원방부는 근방부에 비해 저강성으로 된다. 고정부(40)로부터 원방부를 근방부에 비해 저강성으로 함으로써, 원방부의 변형이 근방부에 비해 허용되고, 발생하는 응력을 저감시킬 수 있다.On the other hand, in the present embodiment, the
또한, 피복층(60)의 표면에 홈부(50)를 과도하게 형성하면, 2차 전지의 제조 공정에 있어서 피복층(60)의 표면에 접촉하는 생산 설비와 마모를 발생시킴으로써 생산 설비의 내용연수를 짧게 할 우려가 있다. 본 실시 형태에서는 홈부(50)를 고정부(40)의 원방부에 있어서만 크게 하도록 조정하고 있으므로, 설비에 미치는 영향을 최소한으로 억제할 수 있다.Further, when the
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 2차 전지의 전극은, 적층 전극체(101)가 고정부(40)에 의해 고정되어 있는 상태에 있어서, 정극(10) 또는 부극(20)의 강성을 고정부(40)의 근방부보다 원방부 쪽이 낮아지도록 구성하고 있다.As described above, in the electrode of the secondary battery according to the present embodiment, the rigidity of the
그로 인해, 외력이 입력된 경우라도 고정부(40)로부터 비교적 먼 원방부는 강성이 낮게 구성되어 있으므로, 근방부에 비해 큰 변형이 허용되고, 발생하는 응력을 저감시킬 수 있어, 전극의 붕락, 박리를 억제할 수 있다. 또한, 전극의 붕락 등을 억제할 수 있음으로써 내부 단락을 방지하여, 2차 전지의 수명을 향상시킬 수 있다.As a result, even when an external force is inputted, since the relatively long circular arc portion from the
또한, 정극(10) 및/또는 부극(20)의 강성은, 세퍼레이터(30)와 대향하는 정극(10) 및/또는 부극(20)의 표면의 표면 조도를 고정부(40)의 근방부보다 원방부 쪽을 크게 하도록 구성하고 있다. 그로 인해, 엠보스 가공 등에 의해 용이하게 표면 조도를 조정하여, 정극(10) 및/또는 부극(20)의 표면에 발생하는 응력을 저감시킬 수 있다.The rigidity of the
또한, 표면 조도는 홈부(50)를 형성함으로써 조정하고 있으므로, 상기한 바와 같이 엠보스 가공 등으로 용이하게 정극(10) 및/또는 부극(20)의 표면에 발생하는 응력을 저감시킬 수 있다.Since the surface roughness is adjusted by forming the
또한, 홈부(50)의 깊이는, 고정부(40)의 근방부보다도 원방부 쪽을 깊게 하고 있어, 전극의 주변을 고정한 상태에서 발생하는 변형 모드에 대응되어 있다. 따라서, 발생하는 응력을 적절하게 저감시킬 수 있다.Further, the depth of the
또한, 홈부(50)의 간격은, 고정부(40)의 근방부로부터 원방부를 향할수록 간격을 좁게 구성하였으므로, 비교적 변형되기 쉬운 원방부에 있어서 홈부(50)의 간격을 좁게 함으로써, 전극에 발생하는 변형에 맞추어 응력을 저감시킬 수 있다.Since the interval between the
또한, 고정부(40)는, 전극 반응에 이용되는 활성 영역으로부터 일탈하는 영역에 설치되어 있으므로, 고정부(40)를 설치해도 전지 용량의 저하를 방지할 수 있다.Further, since the fixing
또한, 부극(20)에 사용되는 활물질은 합금으로 구성되어 있으므로, 응력의 발생을 방지하면서, 용량 및 에너지 밀도가 우수한 2차 전지를 제공할 수 있다.Further, since the active material used for the
또한, 피복층(60)은, 세퍼레이터(30)보다도 융점이 높은 다공막의 부재로 구성하고 있으므로, 세퍼레이터(30)가 충방전 반응에 의해 수축해도 피복층(60)은 수축하지 않고 정극(10)과 부극(20) 사이에 개재될 수 있어, 고온 시의 내부 단락을 억제할 수 있다.The
본 발명은 상술한 실시 형태만으로 한정되는 것은 아니고, 특허청구의 범위에 있어서 다양한 변경이 가능하다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims.
도 4는 본 실시 형태에 관한 2차 전지의 전극의 변형예를 도시하는 단면도이고, 도 5 내지 도 8은 본 실시 형태에 관한 2차 전지의 전극의 변형예를 도시하는 평면도이다.Fig. 4 is a cross-sectional view showing a modified example of the electrode of the secondary battery according to the present embodiment, and Figs. 5 to 8 are plan views showing a modified example of the electrode of the secondary battery according to the present embodiment.
홈부(50)는 피복층(60)의 표면에 형성되는 실시 형태에 대해 설명하였지만, 이것으로 한정되지 않는다. 정극 또는 부극의 표면에는 피복층이 형성되어 있지 않은 것도 존재하므로, 정극 활물질층 또는 부극 활물질층의 표면에 홈부를 형성하도록 구성해도 된다.Although the embodiment in which the
또한, 정극(10) 및/또는 부극(20)의 강성을 홈부(50)에 의해 조정하는 실시 형태에 대해 설명하였지만, 이것으로 한정되지 않는다. 강성의 조정은 홈부 이외에도, 도 4에 도시한 바와 같이 경사면을 형성함으로써 조정해도 된다. 전극의 표면에 경사면을 형성하고, 고정부의 근방부로부터 이격될수록 경사면의 깊이를 깊게 함으로써, 근방부보다 원방부의 변형이 허용되어, 정극 등의 표면에 발생하는 응력을 저감시킬 수 있다.Further, the embodiment in which the rigidity of the
또한, 홈부(50)는 고정부(40)의 근방부로부터 원방부를 향할수록 홈부의 간격 g를 좁게 형성하는 실시 형태에 대해 설명하였지만, 이 외에도 도 3에 도시하는 홈부(50)의 폭 w를 고정부의 근방부로부터 원방부를 향할수록 넓게 하도록 조정해도 된다.Although the
또한, 홈부(50)를 2차 전지의 적층 방향으로부터 본 형상은, 도 2에 도시한 바와 같이 진원 형상으로 형성된 실시 형태에 대해 설명하였지만, 이것으로 한정되지 않는다. 홈부(50)의 형상은 고정부(40)의 근방부로부터 이격되면 이격될수록, 피복층 또는 활물질층의 팽창·수축에 의해 피복층 또는 활물질층의 변형이 상대적으로 커지는 것을 감안하여 이루어진 것이다.Although the shape of the
따라서 홈부(50)의 형상은 고정부(40)로부터 이격될수록, 홈부(50)가 깊어지거나, 간격이 좁아지면 된다. 그로 인해, 홈부는, 예를 들어 도 5, 도 6, 도 7에 도시한 바와 같이 오목 형상의 분산된 점 형상이나, 스트라이프 형상, 또는 정극(10) 또는 부극(20)의 사방의 단부로부터 중심을 향하여 형성되어도 된다. 또한, 도 7에 있어서의 홈부(50)는, 도 7에 있어서의 수직 방향 또는 수평 방향의 3-3선을 따라 절단한 단면이 도 3에 도시한 바와 같이 형성된다.Therefore, the shape of the
또한, 고정부(40)가 4코너뿐만 아니라, 중앙 부분에도 설치되어 있는 경우에는, 도 8에 도시한 바와 같이 중앙의 고정부(40)와 정극(10) 또는 부극(20)의 우측 절반 및 중앙의 고정부(40)와 정극(10) 또는 부극(20)의 좌측 절반에 의해 둘러싸인 타원 형상의 홈부(50)를 형성하도록 구성해도 된다. 고정부(40)의 배치에 맞추어, 적층 방향으로부터 본 홈부(50)의 형상을 변화시킴으로써 고정부(40)의 배치에 의해 변화되는 전극의 변형 모드에 맞추어 응력을 저감시킬 수 있다.When the fixing
이와 같이 고정부(40)는, 적층 전극체(101)를 고정할 수 있으면 고정부(40)의 대각선의 교점이 기하적인 중심을 통과하고 있지 않아도 되고, 또한 고정 개소는 4개소로 한정되지 않고, 3개소나 2개소이어도 된다.In this way, if the
또한, 고정부(40)는 클립에 의해 구성되는 실시 형태에 대해 설명하였지만 이것으로 한정되지 않는다. 상기 외에도 고정부는 정극(10) 또는 부극(20)의 전극 반응에 이용되는 활성 영역으로부터 일탈한 영역에 관통 구멍을 형성하여 나사에 의해 고정하도록 구성해도 된다. 또한, 고정부는 클립에 나사가 통과되고, 나사의 이송량에 의해 적층 전극체를 끼움 지지하는 폭을 조절하도록 구성해도 된다.Further, although the embodiment in which the fixing
또한, 리튬 이온 2차 전지를 예로 들은 실시 형태에 대해 설명하였지만, 이것으로 한정되지 않고, 본 발명은 리튬 이온 2차 전지 이외의 2차 전지에도 적용 가능하다. 또한, 2차 전지는 적층형인 실시 형태에 대해 설명하였지만, 바이폴라형의 2차 전지에 적용하는 것도 가능하다.Further, although the embodiment in which the lithium ion secondary battery is taken as an example has been described, the present invention is not limited thereto, and the present invention is also applicable to a secondary battery other than a lithium ion secondary battery. Although the secondary battery has been described as a laminate type embodiment, it can also be applied to a bipolar type secondary battery.
(실시예)(Example)
다음에 본 실시 형태에 관한 2차 전지의 전극을 사용하여 2차 전지의 충방전 특성 시험을 행하였으므로 설명한다.Next, the charge / discharge characteristics test of the secondary battery was performed using the electrode of the secondary battery according to the present embodiment.
본 시험에서는, 이하의 전지를 사용하여 25℃의 항온 상태, 정전류 정전압 방식(CCCV)에 있어서 4.2V까지 1C로 충전하고, 정전류 방식(CC)으로 2.5V까지 1C로 방전하고, 이것을 1사이클로 하여 500사이클 행하였다. 그리고 용량 유지율과 내부 단락이 일어나고 있는지 확인을 행하였다. 샘플수는 각 실시예 및 비교예 모두 10이다. 여기서 C라 함은 시간율을 나타내고, 1C는 전지의 전체 용량을 1시간에 충전 또는 방전하는 만큼의 전류량을 나타낸다. 예를 들어, 0.5C의 전류량은, 2시간(=1/0.5시간)에 전지의 전체 용량이 충전 또는 방전되는 것을 나타낸다.In this test, the following batteries were charged at 1 C up to 4.2 V in a constant temperature state at 25 캜 under a constant current constant voltage system (CCCV), and discharged at 1 C up to 2.5 V in a constant current system (CC) 500 cycles. Then, it was confirmed whether the capacity retention rate and an internal short circuit were occurring. The number of samples is 10 in each of the Examples and Comparative Examples. Here, C represents a time rate, and 1C represents an amount of current sufficient to charge or discharge the entire capacity of the battery in one hour. For example, an amount of current of 0.5 C indicates that the entire capacity of the battery is charged or discharged for 2 hours (= 1 / 0.5 hour).
본 시험에서는 이하의 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 및 비교예 1로서 정극에 LiCo2, 부극에 그라파이트를 사용하고, 실시예 2 및 비교예 2로서 정극에 LiCo2, 부극에 SiO를 사용하였다.This test uses the SiO in Example 1 and Comparative Example 1 using a graphite on LiCo 2, a negative electrode to the positive electrode as in Example 2 and a comparative example 2, LiCo 2, a positive electrode and negative electrode as shown in Table 1 below Respectively.
정극판 및 부극판은 1변이 200㎜인 사각형의 것을 사용하였다. 적층수는 10셀이다. 실시예 1, 2의 부극판의 표면에는, 낱장의 엠보스 프레스 성형기로 프레스를 실시하고, 도 2 및 도 3과 같은 동심원 형상의 홈을 성형하였다. 동심원 형상의 홈은 단부의 Ra(산술 평균 거칠기)가 2㎛ 및 중심부의 Ra가 6㎛로 되도록 성형하였다. 실험 결과를 표 2에 나타낸다.A positive electrode plate and a negative electrode plate each having a square of 200 mm on one side were used. The number of stacked cells is 10 cells. The surfaces of the negative electrode plates of Examples 1 and 2 were pressed by a single emboss press molding machine to form concentric grooves as shown in Figs. 2 and 3. The concentric grooves were formed so that the Ra (arithmetic mean roughness) at the end portion was 2 mu m and the Ra at the center portion was 6 mu m. The experimental results are shown in Table 2.
표 2의 결과로부터, 실시예 1과 비교예 1에서는, 실시예 1의 용량 유지율이 높게 되어 있어, 전지의 사이클 특성이 향상되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 2와 비교예 2를 비교하면, 팽창·수축이 큰 SiO를 사용한 경우에는, 용량 유지율의 대폭 개선뿐만 아니라, 사이클 평가 중의 내부 단락 억제에도 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다.From the results shown in Table 2, it was confirmed that the capacity retention rate of Example 1 was increased in Example 1 and Comparative Example 1, and the cycle characteristics of the battery were improved. In comparison between Example 2 and Comparative Example 2, it was confirmed that when SiO having a large expansion / shrinkage was used, not only the capacity retention rate was greatly improved but also the internal short circuit was suppressed during cycle evaluation.
이 검증으로서 단락이 일어난 비교예 2와 실시예 2에 있어서의 평가 후의 전지를 해체하여 전극을 확인한 바, 비교예 2에 있어서는 충방전에 수반되는 팽창·수축에 의해, 전극에 주름이 발생하고, 국부적으로 단락하고 있는 모습이 확인되었다. 한편, 실시예 2에 있어서 주름의 발생은 확인되지 않았다.The electrode after the evaluation in Comparative Example 2 and Example 2 in which the short circuit occurred as a result of the evaluation was disassembled to confirm the electrode. In Comparative Example 2, wrinkles were generated in the electrode due to expansion / contraction accompanied by charge / A local short circuit was confirmed. On the other hand, in Example 2, generation of wrinkles was not observed.
이와 같이 본 실시예에 관한 2차 전지의 전극을 사용하면, 2차 전지의 수명을 향상시키고, 내부 단락을 억제할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.As described above, it was confirmed that by using the electrode of the secondary battery according to the present embodiment, the life of the secondary battery can be improved and the internal short circuit can be suppressed.
10 : 정극
11 : 정극 집전체
12 : 정극 활물질층
13 : 정극 집전판
20 : 부극
21 : 부극 집전체
22 : 부극 활물질층
23 : 부극 집전판
30 : 세퍼레이터
40 : 고정부
50 : 홈부
60 : 피복층
70 : 외장재
80 : 단전지층
100 : 2차 전지
101 : 적층 전극체10: positive
11: positive electrode current collector
12: positive electrode active material layer
13: positive pole collector plate
20: negative polarity
21: anode collector
22: Negative electrode active material layer
23: anode collector plate
30: Separator
40:
50: Groove
60:
70: Outer material
80:
100: secondary battery
101: laminated electrode body
Claims (10)
상기 적층 전극체를 적층 방향으로 고정하는 고정부를 갖고,
상기 세퍼레이터와 대향하는 상기 정극과 상기 부극중 하나 이상의 강성은 상기 고정부로부터 이격될수록 낮아지는 것을 특징으로 하는, 2차 전지의 전극.A laminated electrode body in which a positive electrode, a separator and a negative electrode are alternately laminated,
And a fixing portion for fixing the laminated electrode body in the lamination direction,
Wherein the rigidity of at least one of the positive electrode and the negative electrode facing the separator is lowered as the separator is spaced apart from the fixing portion.
상기 정극과 상기 부극중 하나 이상의 강성은, 상기 세퍼레이터와 대향하는 상기 정극과 상기 부극중 하나 이상의 표면의 표면 조도를 상기 고정부로부터 이격될수록 크게하는 것을 특징으로 하는, 2차 전지의 전극.The method according to claim 1,
Wherein the rigidity of at least one of the positive electrode and the negative electrode is such that the surface roughness of at least one of the positive electrode and the negative electrode facing the separator is increased as the distance from the fixing portion is increased.
상기 표면 조도는, 상기 정극과 상기 부극중 하나 이상의 표면에 홈부를 형성함으로써 조정하고 있는 것을 특징으로 하는, 2차 전지의 전극.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the surface roughness is adjusted by forming a groove portion on at least one surface of the positive electrode and the negative electrode.
상기 홈부의 깊이는, 상기 고정부로부터 이격될수록 깊게 하는 것을 특징으로 하는, 2차 전지의 전극.The method of claim 3,
Wherein a depth of the groove portion is made deeper as it is spaced apart from the fixing portion.
상기 홈부의 간격은, 상기 고정부로부터 이격될수록 좁게 하는 것을 특징으로 하는, 2차 전지의 전극.The method of claim 3,
Wherein an interval between the grooves is made narrower as the distance from the fixing portion is reduced.
상기 홈부는, 상기 적층 전극체의 적층 방향에서 보았을 때에 타원 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 2차 전지의 전극.The method of claim 3,
And the groove portion is formed in an elliptic shape when viewed in the stacking direction of the laminated electrode bodies.
상기 정극과 상기 부극중 하나 이상의 강성은, 상기 고정부로부터 이격될수록 깊어지는 경사면을 형성함으로써 조정하는 것을 특징으로 하는, 2차 전지의 전극.The method according to claim 1,
Wherein the rigidity of at least one of the positive electrode and the negative electrode is adjusted by forming an inclined surface that becomes deeper as it separates from the fixed portion.
상기 고정부는, 전극 반응 시에 이용되는 활성 영역으로부터 일탈하는 영역에 설치되는 것을 특징으로 하는, 2차 전지의 전극.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the fixing portion is provided in a region deviating from an active region used at the time of an electrode reaction.
상기 부극에 사용되는 활물질은 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 2차 전지의 전극.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the active material used for the negative electrode is made of an alloy.
상기 정극 또는 상기 부극에 있어서의 상기 세퍼레이터와 대향하는 표면에는, 상기 정극 또는 상기 부극을 피복하는 피복층이 형성되고, 상기 피복층은 상기 세퍼레이터보다도 융점이 높은 다공막의 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 2차 전지의 전극.3. The method according to claim 1 or 2,
Characterized in that a coating layer covering the positive electrode or the negative electrode is formed on the surface of the positive electrode or the negative electrode facing the separator and the coating layer is made of a member of a porous film having a melting point higher than that of the separator. Electrode of a battery cell.
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