KR101606442B1 - Battery Cell Comprising Unit Cells Having Different Electrode Structures - Google Patents
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Abstract
본 발명은 집전체의 양면에 활물질이 도포되어 있는 양극과 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막으로 구성된 적층 구조의 단위셀들, 및 상기 단위셀들을 연속적으로 권취하는 분리필름을 포함하는 전극조립체가 전지케이스의 수납부에 장착되어 있으며; 상기 전극조립체에서 최내측의 단위셀 및 최외측의 단위셀들은 각각 독립적으로 상이한 극성의 전극이 단위셀의 양단에 위치하는 적층 구조로 이루어져 있고; 상기 최내측의 단위셀 및 최외측의 단위셀들을 제외한 단위셀들은 각각 독립적으로 동일한 극성의 전극이 단위셀의 양단에 위치하는 적층 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.The present invention relates to an electrode comprising a positive electrode and a negative electrode coated with an active material on both sides of a current collector, unit cells having a laminated structure composed of a separator interposed between the positive and negative electrodes, and a separation film for continuously winding up the unit cells. The assembly being mounted on a receiving portion of the battery case; Wherein the innermost unit cell and the outermost unit cell of the electrode assembly have a laminated structure in which electrodes of different polarities are independently located at both ends of the unit cell; Wherein the unit cells except for the innermost unit cell and the outermost unit cell have a laminated structure in which electrodes of the same polarity are independently positioned at both ends of the unit cell.
Description
본 발명은 전극의 구성이 상이한 단위셀들을 포함하고 있는 전지셀에 관한 것이다.The present invention relates to a battery cell in which the electrode structure includes different unit cells.
최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.In recent years, the demand for environmentally friendly alternative energy sources has become an indispensable factor for the future, as the increase in the price of energy sources due to depletion of fossil fuels and the interest in environmental pollution are amplified. Various researches on power generation technologies such as nuclear power, solar power, wind power, and tidal power have been continuing, and electric power storage devices for more efficient use of such generated energy have also been attracting much attention.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.Particularly, as technology development and demand for mobile devices are increasing, the demand for batteries as energy sources is rapidly increasing, and accordingly, a lot of researches on batteries that can meet various demands have been conducted.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.Typically, in terms of the shape of a battery, there is a high demand for a prismatic secondary battery and a pouch-type secondary battery which can be applied to products such as mobile phones with a small thickness, and has advantages such as high energy density, discharge voltage, There is a high demand for lithium secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries.
또한, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.The secondary battery includes a cylindrical battery and a prismatic battery in which the electrode assembly is housed in a cylindrical or rectangular metal can according to the shape of the battery case, and a pouch type battery in which the electrode assembly is housed in a pouch-shaped case of an aluminum laminate sheet .
특히, 최근에는 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.In particular, in recent years, a pouch-shaped battery having a structure in which a stacked or stacked / folded electrode assembly is embedded in a pouch-shaped battery case of an aluminum laminate sheet has attracted much attention due to low manufacturing cost, small weight, And its usage is gradually increasing.
또한, 이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체 등을 들 수 있으며, 최근에는, 상기 젤리-롤형 전극조립체 및 스택형 전극조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체가 개발되었다.Also, the secondary battery is classified according to the structure of the electrode assembly having the positive electrode, the negative electrode, and the separator interposed between the positive electrode and the negative electrode. Typically, the long battery- A stacked (stacked) electrode assembly in which a plurality of positive electrodes and negative electrodes cut in a predetermined size unit are sequentially stacked with a separator interposed therebetween, the jelly-roll type (wound type) electrode assembly having a structure in which a separator is interposed; In recent years, in order to solve the problems of the jelly-roll type electrode assembly and the stack type electrode assembly, an electrode assembly having an advanced structure, which is a combination of the jelly-roll type and the stack type, A stack / folding type electrode having a structure in which unit cells stacked with a separator interposed between an anode and a cathode are sequentially wound while being placed on a separation film Developed body lip.
도 1에는 종래의 대표적인 스택/폴딩형 전극조립체의 일반적인 구조가 모식적으로 도시되어 있다.FIG. 1 schematically illustrates a typical structure of a conventional stack / folding type electrode assembly.
도 1을 참조하면, 전극조립체(100)는 음극이 양극들 사이에 위치하고 양극들과 음극의 사이에는 분리막이 개재되어 있는 구조의 단위셀들(120, 140, 160, 180)과 양극이 음극들 사이에 위치하고, 양극과 음극들 사이에는 분리막이 개재되어 있는 구조의 단위셀들(110, 130, 150, 170)의 조합으로 이루어진 구조로 이루어져 있다.Referring to FIG. 1, the
상기 전극조립체(100)의 각 단위셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)의 사이에 개재되어 있는 분리필름(190)은, 전극 단자가 형성되어 있지 않은 단위셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)의 각각의 측면을 감싸고 있으며, 상기 전극조립체(100)는 분리필름(190) 상에 각 단위셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)을 배열하고 분리필름(190)을 권취하여 제작된다.The
이러한 전극조립체(100)의 최하단의 양극(181)은 집전체 상에서 전극조립체(100)의 내측 방향의 일면에만 활물질이 도포되어, 상기 양극 집전체의 타면이 분리필름(190)과 대면하도록 구성될 수 있다.The
따라서, 전극조립체(100)는 총 11개의 양극(102), 12개의 음극(103), 1개의 양극 단면(181), 16개의 분리막(101) 및 1개의 분리필름(190)을 포함하고 있다.Therefore, the
그러나, 이러한 스택/폴딩형 전극조립체의 경우, 각 단위셀들은 최외곽의 전극이 동일한 적층 구조로 이루어져 있는 바, 상기 적층 구조의 단위셀은 최외곽의 전극이 상이한 적층 구조에 비해 많은 양의 집전체 또는 분리막과 같은 불활성 재료를 포함하고 있으며, 이에 따라, 전지셀의 두께에 비례하는 에너지 밀도가 충족되지 못하는 문제점이 있으며, 전지셀의 전체적인 용량을 향상시키는데 제한이 따르는 문제점이 있다.However, in the case of such a stack / folding type electrode assembly, since the outermost electrodes of the unit cells have the same lamination structure, the unit cells of the lamination structure have a larger amount of cells Or an inactive material such as a separator. Accordingly, there is a problem in that the energy density proportional to the thickness of the battery cell is not satisfied, and there is a problem in that the overall capacity of the battery cell is limited.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technique capable of fundamentally solving such problems.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 최내측의 단위셀 및 최외측의 단위셀들을 상이한 극성의 전극이 양단에 위치하는 적층 구조로 이루어진 단위셀들로 구성함으로써, 종래의 동일한 극성의 전극이 양단에 위치하는 적층 구조의 단위셀들만으로 이루어진 전지셀에 비해 감소된 분리막 및 집전체의 두께만큼 활물질의 도포량을 증가시켜 동일한 규격 대비 높은 용량을 발휘할 수 있으며, 전지셀의 구조나 형태 변화 없이, 전체적인 용량을 용이하게 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present application have conducted intensive research and various experiments, and have found that, as will be described later, the unit cells of the innermost unit cell and the outermost unit cells of the unit cells of the laminated structure in which the electrodes of different polarity are located at both ends It is possible to increase the application amount of the active material by the thickness of the separator and the current collector reduced compared to the conventional battery cell having only the unit cells of the laminated structure in which the electrodes of the same polarity are located at both ends, , It was confirmed that the overall capacity can be easily improved without changing the structure or shape of the battery cell, and the present invention has been accomplished.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은,According to an aspect of the present invention, there is provided a battery cell comprising:
집전체의 양면에 활물질이 도포되어 있는 양극과 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막으로 구성된 적층 구조의 단위셀들, 및 상기 단위셀들을 연속적으로 권취하는 분리필름을 포함하는 전극조립체가 전지케이스의 수납부에 장착되어 있으며;An electrode assembly including a positive electrode and a negative electrode coated with an active material on both sides of a collector, a unit cell having a laminated structure composed of a separator interposed between the positive and negative electrodes, and a separator film for continuously winding the unit cells, And is mounted on a receiving portion of the case;
상기 전극조립체에서 최내측의 단위셀 및 최외측의 단위셀들은 각각 독립적으로 상이한 극성의 전극이 단위셀의 양단에 위치하는 적층 구조로 이루어져 있고;Wherein the innermost unit cell and the outermost unit cell of the electrode assembly have a laminated structure in which electrodes of different polarities are independently located at both ends of the unit cell;
상기 최내측의 단위셀 및 최외측의 단위셀들을 제외한 단위셀들은 각각 독립적으로 동일한 극성의 전극이 단위셀의 양단에 위치하는 적층 구조로 이루어져 있는 구조로 구성되어 있다.The unit cells except for the innermost unit cell and the outermost unit cell have a laminated structure in which electrodes of the same polarity are independently located at both ends of the unit cell.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀은, 종래의 동일한 극성의 전극이 양단에 위치하는 적층 구조의 단위셀들만으로 이루어진 전지셀에 비해 감소된 분리막 및 집전체의 두께만큼 활물질의 도포량을 증가시켜 동일한 규격 대비 높은 용량을 발휘할 수 있으며, 전지셀의 구조나 형태 변화 없이, 전체적인 용량을 용이하게 향상시킬 수 있는 효과를 발휘한다.Therefore, the battery cell according to the present invention increases the application amount of the active material by the thickness of the reduced separator and the current collector, compared with the conventional battery cell having the unit cells of the laminated structure in which the electrodes of the same polarity are located at both ends, It is possible to exhibit a high capacity and to easily improve the overall capacity without changing the structure or the shape of the battery cell.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극조립체의 최내측의 단위셀 및 최외측의 단위셀들을 제외한 단위셀들은 동일한 극성의 전극이 양단에 위치하는 적층 구조로서, 양극이 양단에 위치하는 단위셀과 음극이 양단에 위치하는 단위셀을 모두 포함하고 있는 구조일 수 있다.In one specific example, the unit cells except the innermost unit cell and the outermost unit cell of the electrode assembly have a stacked structure in which electrodes having the same polarity are located at both ends, and the unit cells and the cathodes, It may be a structure including all the unit cells located at both ends.
즉, 본 발명에 따른 전지셀은 전극조립체의 단위셀로서, 상이한 극성의 전극이 단위셀의 양단에 위치하는 적층 구조와 양극이 양단에 위치하는 적층 구조, 및 음극이 양단에 위치하는 적층 구조를 모두 포함하고 있는 구조일 수 있다.That is, the battery cell according to the present invention is a unit cell of an electrode assembly, in which a laminated structure in which electrodes of different polarities are located at both ends of a unit cell, a laminated structure in which an anode is located at both ends, It can be a structure that includes both.
그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 전극조립체는 최내측의 단위셀 및 최외측의 단위셀들을 제외한 단위셀로서, 양극이 양단에 위치하는 단위셀만을 포함하거나, 음극이 양단에 위치하는 단위셀만을 포함하는 구조일 수도 있다.However, the present invention is not limited thereto, and the electrode assembly may include a unit cell excluding the innermost unit cell and the outermost unit cell, wherein the unit cell includes only the unit cell in which the anode is located at both ends, It may be a structure including only a unit cell.
더욱 구체적으로, 상기 전극조립체가 4개의 단위셀을 포함할 경우, 하나의 최내측 단위셀과 두 개의 최외측 단위셀들은 양단에 위치하는 전극의 극성이 상이한 구조로 이루어져 있으며, 상기 세 개의 단위셀을 제외한 하나의 단위셀은, 상기 단위셀들의 적층 방향에 따라, 양단에 위치하는 전극의 극성이 양극이거나, 음극으로 동일할 수 있다.More specifically, when the electrode assembly includes four unit cells, the one innermost unit cell and the two outermost unit cells have a structure in which the polarities of the electrodes located at both ends are different from each other, , The polarity of the electrodes located at both ends may be the anode or the cathode may be the same depending on the stacking direction of the unit cells.
한편, 상기 전극조립체의 단위셀들의 수량은 짝수이거나 홀수일 수 있으며, 만일 단위셀들의 수량이 짝수일 경우, 4개 이상일 수 있고, 상세하게는 8개일 수 있으며, 이 때, 상기 전극조립체는 최외곽 전극들의 극성이 서로 동일한 구조일 수 있다.The number of unit cells of the electrode assembly may be an even number or an odd number. If the number of unit cells is an even number, the number of unit cells may be four or more, specifically eight, The polarities of the outer electrodes may be the same.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 전극조립체가 4개의 단위셀을 포함할 경우, 하나의 최내측 단위셀과 두 개의 최외측 단위셀들은 상이한 극성의 전극이 단위셀의 양단에 위치하는 적층 구조로 이루어져 있으며, 상기 세 개의 단위셀을 제외한 하나의 단위셀은 동일한 극성의 전극이 단위셀의 양단에 위치하는 적층 구조로 이루어져 있다.As described above, when the electrode assembly includes four unit cells, one innermost unit cell and two outermost unit cells have a laminated structure in which electrodes having different polarities are located at both ends of the unit cell, One unit cell except for the three unit cells has a stacked structure in which electrodes having the same polarity are located at both ends of the unit cell.
이 때, 상기 상이한 극성의 전극이 양단에 위치하는 적층 구조의 최내측 단위셀은 일측 방향으로 동일한 극성의 전극이 양단에 위치하는 적층 구조의 단위셀 하나가 위치하므로, 상기 최내측 단위셀의 일측에 위치하는 단위셀은 외측 방향으로, 최내측 단위셀의 타측과 동일한 극성의 전극을 구성한다.In this case, since the unit cell of the laminated structure in which the electrodes of the same polarity are located at both ends is located in the innermost unit cell of the laminated structure in which the electrodes of the different polarity are located at both ends, The unit cell located in the outermost unit cell forms an electrode having the same polarity as the other side of the innermost unit cell.
따라서, 최내측 단위셀의 일측과 타측에 구성되는 최외측 단위셀은 동일한 극성의 전극이 전지셀의 최외곽에 위치하게 되는 구조로서, 상기 전극조립체의 단위셀들의 수량이 짝수일 경우, 상기 전극조립체는 최외곽 전극들의 극성이 서로 동일한 구조로 이루어질 수 있으며, 구체적으로, 상기 최외곽 전극들의 극성은 덴드라이트의 생성을 억제할 수 있도록, 음극으로 구성될 수 있다.Therefore, when the number of unit cells of the electrode assembly is an even number, the outermost unit cell formed on one side and the other side of the innermost unit cell has a structure in which electrodes having the same polarity are located at the outermost portions of the battery cells. The outermost electrodes of the assembly may have a structure in which the polarities of the outermost electrodes are the same. Specifically, the polarities of the outermost electrodes may be composed of a cathode so as to suppress the generation of dendrite.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 전극조립체의 단위셀들의 수량이 홀수일 경우, 3개 이상일 수 있고, 상세하게는 7개일 수 있으며, 이 때, 상기 전극조립체는 최외곽 전극들의 극성이 서로 상이한 구조일 수 있다. In another specific example, when the number of unit cells of the electrode assembly is an odd number, the number of electrode assemblies may be three or more, specifically, seven. In this case, the electrode assemblies may be structured such that the polarities of the outermost electrodes are different from each other. .
더욱 구체적으로, 상기 전극조립체가 5개의 단위셀을 포함할 경우, 상기 4개의 단위셀을 포함하는 전극조립체의 하나의 최외측 단위셀은 동일한 극성의 전극이 양단에 위치하는 구조로 구성되고, 상기 동일한 극성의 전극이 양단에 위치하는 구조로 이루어진 단위셀에 인접해 상이한 극성의 전극이 양단에 위치하는 구조의 단위셀이 추가로 위치하게 되므로, 결과적으로, 상기 전극조립체는 최외곽 전극들의 극성이 서로 상이한 구조로 이루어질 수 있다.More specifically, when the electrode assembly includes five unit cells, one outermost unit cell of the electrode assembly including the four unit cells has a structure in which electrodes having the same polarity are located at both ends, A unit cell having a structure in which electrodes of different polarities are located at both ends is adjacent to a unit cell having a structure in which electrodes of the same polarity are located at both ends, is consequently positioned, so that the polarity of the outermost electrodes They can be made different from each other.
한편, 상기 전극조립체는 n개의 단위셀들을 폭 대비 긴 길이의 분리필름 상에 위치시킨 상태에서, 제 1 단위셀이 최내측에 위치하고 제 n-1 단위셀 및 제 n 단위셀이 최외측에 각각 위치하도록 순차적으로 권취한 구조로 이루어질 수 있다.Meanwhile, in the electrode assembly, n unit cells are positioned on a separation film having a long length relative to the width, and the first unit cell is located at the innermost position and the n-1 th unit cell and the n th unit cell are located at the outermost position In order to prevent the deterioration of the film.
다시 말해, 상기 전극조립체는 폭 대비 긴 길이의 분리필름 상에 n개의 단위셀들이 위치한 상태에서 제 1 단위셀로부터 제 n 단위셀까지 순차적으로 권취함으로써, 제 1 단위셀이 최내측에 위치해, 최외측 단위셀을 형성하고 제 n-1 단위셀과 제 n 단위셀이 최외측에 각각 위치해, 최외측 단위셀들을 형성하는 구조일 수 있다.In other words, the electrode assembly is sequentially wound from the first unit cell to the n-th unit cell in a state where n unit cells are arranged on a long length of the separation film, so that the first unit cell is located at the innermost position, And the n-th unit cell and the n-th unit cell are located at the outermost positions, respectively, to form the outermost unit cells.
이러한 경우에, 상기 n은 짝수일 경우, 권취 전 분리필름 상에서 제 1 단위셀과 제 2 단위셀 사이에는 단위셀의 크기에 상응하는 이격 부위가 형성되어 있고, 제 n-1 단위셀 및 제 n 단위셀은 서로 동일한 극성의 전극이 동일한 방향을 향하도록 위치하는 구조일 수 있다.In this case, when the number n is an even number, a spacing corresponding to the size of the unit cell is formed between the first unit cell and the second unit cell on the separating film before winding, and the n- The unit cells may have a structure in which the electrodes of the same polarity are positioned so as to face the same direction.
구체적으로, 상기 n은 짝수일 경우, 전극조립체의 최외곽 전극은 서로 동일한 극성으로 구성되며, 권취후 제 n-1 단위셀과 제 n 단위셀 중 하나의 단위셀이 도립된 상태로 전극조립체의 대향하는 최외측에 각각 위치하므로, 권취전 분리필름 상에서 서로 동일한 극성의 전극이 동일한 방향을 향하도록 위치한다.Specifically, when the number n is an even number, the outermost electrodes of the electrode assembly are configured to have the same polarity, and after one of the n-1 unit cell and the n unit cell is wound, The electrodes of the same polarity are positioned on the separating film before winding so as to face in the same direction.
반면에, 상기 n은 홀수일 경우, 권취 전 분리필름 상에서 제 1 단위셀과 제 2 단위셀 사이에는 단위셀의 크기에 상응하는 이격 부위가 형성되어 있고, 제 n-1 단위셀은 제 n 단위셀과 서로 상이한 극성의 전극이 동일한 방향을 향하도록 위치하는 구조일 수 있다.On the other hand, when n is an odd number, a separation region corresponding to the size of the unit cell is formed between the first unit cell and the second unit cell on the separation film before winding, and the n- It may be a structure in which electrodes of different polarity from the cell are positioned to face in the same direction.
구체적으로, 상기 n은 홀수일 경우, 전극조립체의 최외곽 전극은 서로 상이한 극성으로 구성되며, 권취후 제 n-1 단위셀과 제 n 단위셀 중 하나의 단위셀이 도립된 상태로 전극조립체의 대향하는 최외측에 각각 위치하므로, 권취전 분리필름 상에서 서로 상이한 극성의 전극이 동일한 방향을 향하도록 위치한다.Specifically, when the n is an odd number, the outermost electrodes of the electrode assembly are configured to have polarities different from each other, and after one of the n-1 unit cells and the n-th unit cells is wound, Are positioned on the outermost opposite sides, respectively, so that the electrodes having polarities different from each other on the separation film before winding are positioned so as to face in the same direction.
한편, 상기 단위셀들은 두께가 서로 동일한 구조일 수 있으며, 구체적으로, 종래의 전지셀에 비해 감소된 집전체 및 분리막의 두께에 해당하는 정도의 활물질이 상이한 극성의 전극이 양단에 위치하는 적층 구조로 이루어진 최내측의 단위셀과 최외측의 단위셀들에 추가로 부가될 수 있고, 이에 따라, 상기 최내측 단위셀과 최외측의 단위셀들은 동일한 극성의 전극이 양단에 위치하는 적층 구조의 단위셀과 동일한 두께를 갖는 구조일 수 있다.In the meantime, the unit cells may have the same thickness. In more detail, the electrode assembly may have a laminated structure in which electrodes having different polarities are disposed at both ends of the separator, The unit cells of the innermost unit cell and the unit cells of the outermost unit may be added to the unit cells of the laminated structure in which the electrodes of the same polarity are located at both ends, It may be a structure having the same thickness as the cell.
반면에, 상기 상이한 극성의 전극이 양단에 위치하는 적층 구조의 단위셀과 동일한 극성의 전극이 양단에 위치하는 적층 구조의 단위셀은 두께가 서로 상이한 구조일 수 있다.On the other hand, the unit cells of the laminated structure in which electrodes having the same polarity as the unit cells of the laminated structure in which the electrodes of different polarities are located at both ends are located at both ends, may be different in thickness.
구체적으로, 종래의 전지셀에 비해 감소된 집전체 및 분리막의 두께에 해당하는 정도의 활물질이 전지셀을 구성하는 모든 단위셀들에 균등하게 부가됨으로써, 최내측 단위셀과 최외측의 단위셀들은 동일한 극성의 전극이 양단에 위치하는 적층 구조의 단위셀과 상이한 두께를 갖는 구조일 수 있다.Specifically, the active material to a degree corresponding to the thickness of the current collector and the separator reduced compared to the conventional battery cell is uniformly added to all the unit cells constituting the battery cell, so that the innermost unit cell and the outermost unit cell And may be a structure having a thickness different from that of a unit cell of a laminated structure in which electrodes of the same polarity are located at both ends.
이러한 경우에, 단위셀들은 집전체의 일면에 대한 양극 활물질 또는 음극 활물질의 도포량이 각각 동일한 구조로서, 전지셀의 제조 과정에서, 최내측 및 최외측의 단위셀과 그 외의 단위셀의 구분 없이, 집전체의 일면에 활물질을 도포할 수 있으므로, 공정에 소요되는 인력 및 시간을 감소시킬 수 있다.In this case, the unit cells have a structure in which the amounts of the positive electrode active material or the negative electrode active material applied to one surface of the current collector are respectively the same. In the manufacturing process of the battery cell, the unit cells are divided into the innermost and outermost unit cells, The active material can be applied to one surface of the current collector, thereby reducing manpower and time required for the process.
하나의 구체적인 예에서, 상기 단위셀들은 폭 및 길이가 서로 동일한 구조일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 전지셀이 탑재되는 디바이스의 종류 및 형상에 따라 다양한 형태로 제조될 수 있도록, 단위셀들의 폭 및/또는 길이가 서로 상이한 구조로 이루어질 수도 있다.In one specific example, the unit cells may have the same width and length, but the present invention is not limited thereto. In order to manufacture the unit cells in various forms according to the type and shape of the device on which the battery cells are mounted, Width and / or length may be different from each other.
상기 폭은 단위셀의 전극 단자가 돌출된 외주면에 인접한 외주면 사이의 거리를 나타내며, 길이는 단위셀의 전극 단자가 돌출된 외주면에서 대향하는 외주면까지의 거리를 나타낸다.The width indicates a distance between the outer circumferential surface adjacent to the outer circumferential surface where the electrode terminal of the unit cell protrudes and the length indicates the distance from the outer circumferential surface of the unit cell protruding to the opposite outer circumferential surface.
하나의 구체적인 예에서, 본 발명에 따른 전지셀은 상기 구조의 전극조립체를 전지케이스에 장착함으로써 제조되는 바, 상기 전지케이스는 원통형 또는 각형 캔, 및 상기 캔의 개방 상단부에 탑재되는 캡을 포함하는 구조로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스일 수 있다.In one specific example, the battery cell according to the present invention is manufactured by attaching the electrode assembly of the above structure to the battery case, wherein the battery case includes a cylindrical or rectangular can, and a cap mounted on the open upper end of the can But is not limited thereto and may be a pouch type case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer.
한편, 본 발명에 따른 전지셀은 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.Meanwhile, the battery cell according to the present invention is not particularly limited in its kind, but specific examples thereof include a lithium ion battery having advantages such as high energy density, discharge voltage, and output stability, a lithium secondary battery such as a lithium ion polymer battery, Lt; / RTI >
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다. Generally, a lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The positive electrode is prepared, for example, by coating a mixture of a positive electrode active material, a conductive material and a binder on a positive electrode current collector, and then drying the mixture. Optionally, a filler may be further added to the mixture.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The cathode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as Li 1 + x Mn 2 -x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 and the like; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; A Ni-site type lithium nickel oxide expressed by the formula LiNi 1-x M x O 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga and x = 0.01 to 0.3); Formula LiMn 2-x M x O 2 ( where, M = Co, Ni, Fe , Cr, and Zn, or Ta, x = 0.01 ~ 0.1 Im) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where, M = Fe, Co, Ni, Cu, or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , and the like. However, the present invention is not limited to these.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the cathode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component which assists in bonding of the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture containing the cathode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is optionally used as a component for suppressing the expansion of the anode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. Examples of the filler include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.The negative electrode is manufactured by applying and drying a negative electrode active material on a negative electrode collector, and if necessary, the above-described components may be selectively included.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe’yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.Examples of the negative electrode active material include carbon such as non-graphitized carbon and graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1 ), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1-x Me 'y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, Halogen, 0 < x < Lithium metal; Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin alloy; SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, GeO, GeO 2, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4, and Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separation membrane is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m, and the thickness is generally 5 to 300 mu m. Such separation membranes include, for example, olefinic polymers such as polypropylene, which are chemically resistant and hydrophobic; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.
또한, 하나의 구체적인 예에서, 고에너지 밀도의 전지의 안전성의 향상을 위하여, 상기 분리막 및/또는 분리필름은 유/무기 복합 다공성의 SRS(Safety-Reinforcing Separators) 분리막일 수 있다.Further, in one specific example, in order to improve the safety of a high energy density cell, the separation membrane and / or the separation film may be an organic / inorganic composite porous SRS (Safety-Reinforcing Separators) separator.
상기 SRS 분리막은 폴리올레핀 계열 분리막 기재상에 무기물 입자와 바인더 고분자를 활성층 성분으로 사용하여 제조되며, 이때 분리막 기재 자체에 포함된 기공 구조와 더불어 활성층 성분인 무기물 입자들간의 빈 공간(interstitial volume)에 의해 형성된 균일한 기공 구조를 갖는다.The SRS separator is manufactured by using inorganic particles and a binder polymer on the polyolefin-based separator substrate as an active layer component. In addition to the pore structure contained in the separator substrate itself, the SRS separator is formed by interstitial volume between inorganic particles And has a uniform pore structure.
이러한 유/무기 복합 다공성 분리막을 사용하는 경우 통상적인 분리막을 사용한 경우에 비하여 화성 공정(Formation)시의 스웰링(swelling)에 따른 전지 두께의 증가를 억제할 수 있다는 장점이 있고, 바인더 고분자 성분으로 액체 전해액 함침시 겔화 가능한 고분자를 사용하는 경우 전해질로도 동시에 사용될 수 있다. The use of such an organic / inorganic composite porous separator has an advantage in that the increase in cell thickness due to swelling during formation can be suppressed as compared with the case where a conventional separator is used, When a gelable polymer is used when liquid electrolyte is impregnated, it can also be used as an electrolyte.
또한, 상기 유/무기 복합 다공성 분리막은 분리막 내 활성층 성분인 무기물 입자와 바인더 고분자의 함량 조절에 의해 우수한 접착력 특성을 나타낼 수 있으므로, 전지 조립 공정이 용이하게 이루어질 수 있다는 특징이 있다.In addition, the organic / inorganic composite porous separator can exhibit excellent adhesion characteristics by controlling the contents of the inorganic particles and the binder polymer in the separator, so that the cell assembly process can be easily performed.
상기 무기물 입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에서 사용할 수 있는 무기물 입자는 적용되는 전지의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 이온 전달 능력이 있는 무기물 입자를 사용하는경우, 전기 화학 소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있으므로, 가능한 이온 전도도가 높은 것이 바람직하다. 또한, 상기 무기물 입자가 높은 밀도를 갖는 경우, 코팅시 분산시키는데 어려움이 있을 뿐만 아니라 전지 제조시 무게 증가의 문제점도 있으므로, 가능한 밀도가 작은 것이 바람직하다. 또한, 유전율이 높은 무기물인 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.The inorganic particles are not particularly limited as long as they are electrochemically stable. That is, the inorganic particles usable in the present invention are not particularly limited as long as the oxidation and / or reduction reaction does not occur in the operating voltage range of the applied battery (for example, 0 to 5 V based on Li / Li +). Particularly, when inorganic particles having an ion-transporting ability are used, the ion conductivity in the electrochemical device can be increased and the performance can be improved. Therefore, it is preferable that the ionic conductivity is as high as possible. In addition, when the inorganic particles have a high density, it is difficult to disperse the particles at the time of coating, and there is a problem of an increase in weight during the production of the battery. In the case of an inorganic substance having a high dielectric constant, dissociation of an electrolyte salt, for example, a lithium salt, in the liquid electrolyte also contributes to increase ionic conductivity of the electrolyte.
리튬염 함유 비수 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다. The nonaqueous electrolyte solution containing a lithium salt is composed of a polar organic electrolyte and a lithium salt. As the electrolytic solution, a non-aqueous liquid electrolytic solution, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte and the like are used.
상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the nonaqueous liquid electrolytic solution include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma -Butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate Nonionic organic solvents such as tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyrophosphate, ethyl propionate and the like can be used.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, Polymers containing ionic dissociation groups, and the like can be used.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides and sulfates of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 can be used.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is readily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4, LiBF 4, LiB 10 Cl 10, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide have.
또한, 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.For the purpose of improving the charge-discharge characteristics and the flame retardancy, the non-aqueous liquid electrolyte may contain, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, N, N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride and the like are added It is possible. In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability, or a carbon dioxide gas may be further added to improve high-temperature storage characteristics.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스를 제공하고, 상기 디바이스는, 구체적으로, 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 파워 툴, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The present invention also provides a device comprising one or more of the battery cells, the device including at least one of a cell phone, a tablet computer, a notebook computer, a power tool, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug- And a power storage device.
상기와 같은 디바이스 내지 장치들은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.Such devices or devices are well known in the art, so a detailed description thereof will be omitted herein.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 최내측의 단위셀 및 최외측의 단위셀들을 상이한 극성의 전극이 양단에 위치하는 적층 구조로 이루어진 단위셀들로 구성함으로써, 종래의 동일한 극성의 전극이 양단에 위치하는 적층 구조의 단위셀들만으로 이루어진 전지셀에 비해 감소된 분리막 및 집전체의 두께만큼 활물질의 도포량을 증가시켜 동일한 규격 대비 높은 용량을 발휘할 수 있고, 전지셀의 구조나 형태 변화 없이, 전극조립체의 최내측 및 최외측의 단위셀 구성만을 변화시킴으로써, 전체적인 용량을 용이하게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, in the battery cell according to the present invention, the unit cell in the innermost unit cell and the unit cell in the outermost unit cell are formed of unit cells having stacked structure in which electrodes of different polarities are located at both ends, The amount of the active material applied is increased by the thickness of the separator and the current collector, which is smaller than that of the battery cell having only the unit cells of the stacked structure in which the electrode of the battery cell is located at both ends, The entire capacity can be easily improved by changing only the unit cell configuration of the innermost and outermost sides of the electrode assembly.
도 1은 종래의 스택/폴딩형 전극조립체의 일반적인 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀을 이루는 전극조립체의 제조 방법을 나타내는 모식도이다;
도 3은 도 2의 제조 방법에 따라 제조된 전지셀의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀을 이루는 전극조립체의 제조 방법을 나타내는 모식도이다;
도 5는 도 4의 제조 방법에 따라 제조된 전지셀의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view schematically showing a general structure of a conventional stack / folding type electrode assembly; FIG.
2 is a schematic view illustrating a method of manufacturing an electrode assembly of a battery cell according to an embodiment of the present invention;
3 is a schematic view schematically showing a structure of a battery cell manufactured according to the manufacturing method of FIG. 2;
4 is a schematic view illustrating a method of manufacturing an electrode assembly of a battery cell according to another embodiment of the present invention;
5 is a schematic view schematically showing the structure of a battery cell manufactured according to the manufacturing method of FIG. 4;
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings according to the embodiments of the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀을 이루는 전극조립체의 제조 방법을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.FIG. 2 is a schematic view illustrating a method of manufacturing an electrode assembly of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 전극조립체(200)는 동일한 극성의 전극이 양단에 위치하는 단위셀들(212, 213, 214, 215, 216)과 상이한 극성의 전극이 양단에 위치하는 단위셀들(211, 217, 218)을 분리필름(220) 상에 교번방식으로 배열하고, 상기 분리필름(220)을 권취함으로써 제조된다.Referring to FIG. 2, the
구체적으로, 전극조립체(200)는 8개의 단위셀(211, 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218)을 포함하고 있고, 이 중 제 1 단위셀(211)과 제 7 단위셀(217) 및 제 8 단위셀(218)은 상이한 극성의 전극이 양단에 위치하는 적층 구조로 이루어져 있으며, 제 2 단위셀(212)부터 제 6 단위셀(216)까지 5개의 단위셀들(212, 213, 214, 215, 216)은 동일한 극성의 전극이 양단에 위치하는 적층 구조로 이루어져 있다.Specifically, the
상기 단위셀들(211, 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218) 중 제 2 단위셀(212)과 제 5 단위셀(215) 및 제 6 단위셀(216)은 음극이 양단에 위치하는 구조로 구성되어 있고, 제 3 단위셀(213)과 제 4 단위셀(214)은 양극이 양단에 위치하는 구조로 구성되어 있다.The
제 1 단위셀(211)은 양극(241)이 하면을 향하여 분리필름(220)과 대면해 있으며, 상기 제 1 단위셀(211)의 전극 방향에 따라, 제 2 단위셀(212)로부터 제 8 단위셀(218)까지 분리필름 상에 위치한다.The
또한, 상기 배열에 의해, 전극조립체(200)의 최외곽에는 음극이 위치하게 되므로, 이에 따라, 전극조립체(200)의 최외측에 위치하는 제 7 단위셀(217)과 제 8 단위셀(218)은 음극들(242, 243)이 각각 하면을 향하여 분리필름(220)과 대면한 상태로 배열된다.The
전극조립체(200)는 제 1 단위셀(211)이 최내측에 위치하도록, 제 1 단위셀로(211)부터 제 8 단위셀(218)까지 반시계 방향(250)으로 권취하여 제조된다.The
제 1 단위셀(211)과 제 2 단위셀(212) 사이에는 단위셀의 크기에 상응하는 이격 부위(230)가 형성되어 있고, 이에 따라, 상기 제 1 단위셀(211)이 분리필름(220)과 함께 권취되는 과정에서, 제 1 단위셀(211)의 상면에 위치한 음극(244)과 제 3 단위셀(213)의 상면에 위치한 양극(245) 사이에 분리필름(220)이 개재된다.The
구체적으로, 제 1 단위셀(211)은 권취 과정에서 도립된 상태로 제 1 단위셀(211)과 제 2 단위셀(212) 사이의 이격 부위(230)로 이동하고, 그 후 최초에 제 1 단위셀(211)의 하면에 위치했던 양극(241)이 제 2 단위셀(212)의 상면에 위치한 음극(246)과 분리필름(220)을 사이에 두고 대면하도록 권취된다.Specifically, the
또한, 상기 분리필름(220)을 사이에 두고 대면하는 제 1 단위셀(211)과 제 2 단위셀(212)은 분리필름(220)에 의해 동시에 권취되며, 이에 따라, 제 1 단위셀(211)의 상면에 위치했던 음극(244)이 제 3 단위셀(213)의 상면에 위치한 양극(245)과 분리필름(220)을 사이에 두고 대면한다.The
상기 과정은 제 8 단위셀(218)까지 순차적으로 진행되며, 이에 따라, 최내측에 제 1 단위셀(211)이 위치하고, 대향하는 최외측에 제 7 단위셀(217)과 제 8 단위셀(218)이 각각 위치하는 구조의 전극조립체(200)가 완성된다.The process progresses sequentially to the
상기 제조 방법에 따라 제조된 전극조립체의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도 3에 도시되어 있다.FIG. 3 is a schematic view schematically showing the structure of an electrode assembly manufactured according to the above manufacturing method.
도 3을 도 2와 함께 참조하면, 상이한 극성의 전극이 양단에 위치하는 적층 구조의 제 1 단위셀(211)과 제 7 단위셀(217) 및 제 8 단위셀(218)은 각각 전극조립체(200)의 최내측 단위셀 및 서로 대향하는 최외측의 단위셀들을 구성한다.Referring to FIG. 3 together with FIG. 2, the
전극조립체(200)는 8개의 단위셀들(211, 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218)을 포함하고 있으며, 상기 전극조립체(200)의 최외곽 전극들의 극성은 서로 동일하다.The
또한, 전극조립체(200)의 제 1 단위셀(211)은 음극(244)이 상면을 향하며, 이에 따라, 상기 최외곽 전극들은 음극(242, 243)으로 구성된다.The
반면에, 제 1 단위셀(211)의 음극(244)이 하면을 향할 경우, 전극조립체(200)의 최외곽 전극들은 양극으로 구성될 수 있다.On the other hand, when the
전극조립체(200)는 총 10개의 양극, 11개의 음극, 13개의 분리막 및 1개의 분리필름을 포함하고 있다.The
따라서, 종래의 동일한 극성의 전극이 양단에 위치하는 적층 구조의 단위셀들 만으로 구성된 전지셀에 비해, 불활성 재료인 분리막의 수량이 감소되고, 양극과 음극의 수량이 감소됨에 따라, 상기 전극들의 집전체 수량도 감소되며, 상기 감소된 불활성 재료의 두께에 해당하는 활물질이 더 부가될 수 있으므로, 결과적으로, 전지셀의 전체적인 용량은 증가한다.As a result, the number of separators as the inactive material is reduced and the number of the positive electrodes and the negative electrodes is reduced as compared with the conventional battery cells having only the unit cells of the laminated structure in which the electrodes of the same polarity are located at both ends, The total quantity of water is also reduced and the active material corresponding to the reduced thickness of the inert material can be added, so that the overall capacity of the battery cell increases.
전극조립체(200)에서, 상이한 극성의 전극이 양단에 위치하는 적층 구조의 제 1 단위셀(211), 제 7 단위셀(217) 및 제 8 단위셀(218)과 동일한 극성의 전극이 양단에 위치하는 적층 구조의 제 2 단위셀(212) 내지 제 6 단위셀(216)은 전체적인 두께가 서로 상이한 구조로서, 종래의 전지셀에 비해 감소된 집전체 및 분리막의 두께에 해당하는 정도의 활물질이 전지셀을 구성하는 모든 단위셀들(211, 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218)에 균등하게 부가되어 있다.In the
따라서, 각 단위셀들(211, 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218)의 집전체의 일면에 대한 활물질의 도포량이 모두 균등하므로, 전지셀의 제조 과정에서, 최내측 및 최외측의 단위셀과 그 외의 단위셀의 구분 없이, 집전체의 일면에 활물질을 균등하게 도포하게 되므로, 공정에 소요되는 인력 및 시간을 감소시킬 수 있다.Accordingly, since the coating amount of the active material on one side of the current collector of each of the
그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 전극조립체(200)의 단위셀들(211, 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218)은 두께가 서로 동일한 구조일 수 있으며, 구체적으로, 종래의 전지셀에 비해 감소된 집전체 및 분리막의 두께에 해당하는 정도의 활물질이 상이한 극성의 전극이 양단에 위치하는 적층 구조로 이루어진 최내측의 제 1 단위셀(211)과 최외측의 제 7 단위셀(217) 및 제 8 단위셀(218)에 추가로 부가될 수 있고, 이에 따라, 상기 최내측의 제 1 단위셀(211)과 최외측의 제 7 단위셀(217) 및 제 8 단위셀(218)은 동일한 극성의 전극이 양단에 위치하는 적층 구조의 제 2 단위셀(212) 내지 제 6 단위셀(216)과 동일한 두께를 갖는 구조일 수 있다.However, the present invention is not limited thereto, and the
도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀을 이루는 전극조립체의 제조 방법을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.4 is a schematic view illustrating a method of manufacturing an electrode assembly for a battery cell according to another embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 전극조립체(400)는 도 2의 전극조립체(200)와 마찬가지로, 동일한 극성의 전극이 양단에 위치하는 단위셀들(412, 413, 414, 415)과 상이한 극성의 전극이 양단에 위치하는 단위셀들(411, 416, 417)을 분리필름(420) 상에 교번방식으로 배열하고, 상기 분리필름(420)을 권취함으로써 제조된다.4, similarly to the
구체적으로, 전극조립체(400)는 7개의 단위셀들(411, 412, 413, 414, 415, 416, 417)을 포함하고 있고, 이 중 제 1 단위셀(411)과 제 6 단위셀(416) 및 제 7 단위셀(417) 상이한 극성의 전극이 양단에 위치하는 적층 구조로 이루어져 있으며, 제 2 단위셀(412)부터 제 5 단위셀(415)까지 4개의 단위셀들(412, 413, 414, 415)은 동일한 극성의 전극이 양단에 위치하는 적층 구조로 이루어져 있다.Specifically, the
전극조립체(400)는 도 2의 전극조립체와 달리, 홀수의 단위셀을 포함하고 있어, 최외곽에 양극과 음극이 각각 위치하게 되므로, 이에 따라, 전극조립체(400)의 최외측에 위치하는 제 6 단위셀(416)의 양극(443)과 제 7 단위셀(417)의 음극(442)이 각각 하면을 향하여 분리필름(420)과 대면한 상태로 배열된다.Unlike the electrode assembly of FIG. 2, the
전극조립체(400)는 제 1 단위셀(411)이 최내측에 위치하도록, 제 1 단위셀로(411)부터 제 7 단위셀(417)까지 반시계 방향(450)으로 권취하여 제조되며, 권취 과정은 도 2와 동일하다.The
상기 제조 방법에 따라 제조된 전극조립체(400)의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도 5에 도시되어 있다.FIG. 5 is a schematic view schematically showing the structure of the
도 5를 도 4와 함께 참조하면, 상이한 극성의 전극이 양단에 위치하는 적층 구조의 제 1 단위셀(411)과 제 6 단위셀(416) 및 제 7 단위셀(417)은 각각 전극조립체(400)의 최내측 단위셀 및 서로 대향하는 최외측의 단위셀들을 구성한다.Referring to FIG. 5, the
전극조립체(400)는 7개의 단위셀들(411, 412, 413, 414, 415, 416, 417)을 포함하고 있으며, 상기 전극조립체(400)의 최외곽 전극들의 극성은 서로 상이하다.The
또한, 전극조립체(400)의 제 1 단위셀(411)은 음극(444)이 상면을 향하며, 이에 따라, 상기 최외곽 전극들은 각각 최상단이 음극(442)으로 구성되고, 최하단이 양극(443)으로 구성된다.The
반면에, 제 1 단위셀(411)의 음극(444)이 하면을 향할 경우, 전극조립체(400)의 최외곽 전극들은 각각 최상단이 양극으로 구성되고, 최하단이 음극으로 구성될 수 있다.On the other hand, when the
기타 전극조립체(400)의 구성 및 효과는 도 3의 전극조립체(200)와 동일하다.The construction and effect of the
본 발명에 따른 전지셀의 구조가 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 전지셀은 분리필름이 전극조립체의 최하단 단위셀로부터 최상단 단위셀까지 ‘Z’자 형태로 감싸는 구조로 단위셀들을 폴딩하여 제조될 수도 있다.
The structure of the battery cell according to the present invention is not limited thereto and the battery cell may be manufactured by folding the unit cells in a structure in which the separation film is wrapped in a Z shape from the lowermost unit cell to the uppermost unit cell of the electrode assembly have.
이하, 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described with reference to Examples. However, the following Examples are intended to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
<실시예 1>≪ Example 1 >
도 2 내지 도 3의 구성과 같이 전극조립체를 조립하고, 이를 파우치형 전지케이스에 내장한 뒤, 1M LiPF6 리튬염이 포함된 EC/EMC계 전해액을 함침시켜 전지셀을 제조하였다. 이때, 전지셀의 크기는 3.5mm * 79.6mm * 92.5 mm가 되도록 설계하였다.
The electrode assembly was assembled as shown in FIGS. 2 to 3, embedded in a pouch-shaped battery case, and impregnated with an EC / EMC electrolyte solution containing 1 M LiPF 6 lithium salt to prepare a battery cell. At this time, the size of the battery cell was designed to be 3.5 mm * 79.6 mm * 92.5 mm.
<비교예 1>≪ Comparative Example 1 &
도 1의 구성과 같이 전극조립체를 조립하고, 이를 파우치형 전지케이스에 내장한 뒤, 1M LiPF6 리튬염이 포함된 EC/EMC계 전해액을 함침시켜 전지셀을 제조하였다. 이때, 전지셀의 크기는 3.5mm * 79.6mm * 92.5 mm가 되도록 설계하였다.
The electrode assembly was assembled as shown in FIG. 1, embedded in a pouch-shaped battery case, and impregnated with an EC / EMC electrolyte solution containing 1 M LiPF 6 lithium salt to prepare a battery cell. At this time, the size of the battery cell was designed to be 3.5 mm * 79.6 mm * 92.5 mm.
<실험예 1><Experimental Example 1>
실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 전지셀을 대상으로, 양극의 총 로딩량, 전지 용량, 및 에너지 밀도를 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. The total loading amount of the positive electrode, the battery capacity, and the energy density were measured for the battery cells manufactured in Example 1 and Comparative Example 1, and the results are shown in Table 1 below.
(mg/25cm2)Anode loading
(mg / 25 cm2)
(Wh/L)Energy density
(Wh / L)
표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전지셀이 종래 동일한 극성의 전극이 단위셀의 양단에 위치하는 구조의 단위셀들만으로 이루어진 전지셀에 비해 전극 활물질의 로딩량을 증가시킬 수 있고, 따라서, 용량 및 에너지 밀도가 각각 1% 및 0.7% 증가하였음을 확인할 수 있다.
Referring to Table 1, the battery cell according to the present invention can increase the loading amount of the electrode active material as compared with a battery cell having only unit cells of a structure in which electrodes of the same polarity are located at both ends of the unit cell, And energy density increased by 1% and 0.7%, respectively.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
Claims (21)
상기 전극조립체에서 최내측의 단위셀 및 최외측의 단위셀들은 각각 독립적으로 상이한 극성의 전극이 단위셀의 양단에 위치하는 적층 구조로 이루어져 있고;
상기 최내측의 단위셀 및 최외측의 단위셀들을 제외한 단위셀들은 각각 독립적으로 동일한 극성의 전극이 단위셀의 양단에 위치하는 적층 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.An electrode assembly including a positive electrode and a negative electrode coated with an active material on both sides of a collector, a unit cell having a laminated structure composed of a separator interposed between the positive and negative electrodes, and a separator film for continuously winding the unit cells, And is mounted on a receiving portion of the case;
Wherein the innermost unit cell and the outermost unit cell of the electrode assembly have a laminated structure in which electrodes of different polarities are independently located at both ends of the unit cell;
Wherein the unit cells except for the innermost unit cell and the outermost unit cell have a laminated structure in which electrodes having the same polarity are independently positioned at both ends of the unit cell.
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