KR101736545B1 - 전극 조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극 집전체의 적어도 일면에 양극 활물질 코팅부를 포함하는 양극판과, 음극 집전체의 적어도 일면에 음극 활물질 코팅부를 포함하는 음극판 및, 상기 음극 극판과 양판의 사이에 개재되어 이들을 절연시키는 분리막을 포함하고, 상기 양극판과, 상기 음극판 및 상기 분리막을 권취하여 젤리-롤로 형성되는 전극 조립체에 있어서, 상기 양극 활물질 코팅부 및 상기 음극 활물질 코팅부는 일측으로 돌출된 활물질 돌출부를 포함하고, 권취시 상기 활물질 돌출부에 의해 형성된 단차를 하나 이상 포함하는 전극 조립체에 관한 것이다.
이상에서와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 활물질 돌출부의 넓이, 개수 등을 조절하여 다양한 형상의 전극 조립체를 제공할 수 있다.

Description

전극 조립체 {ELECTRODE ASSEMBLY}
본 발명은 전극 조립체에 관한 것으로, 상세하게는 양극판의 양극 활물질 코팅층 및 음극판의 음극 활물질 코팅층이 돌출된 전극판을 권취시킨 전극 조립체에 관한 것이다.
리튬 이차 전지 중 리튬 이온 이차 전지는 양극판, 음극판 및 분리막으로 이루어진 전극 조립체를 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 캔에 수납하고, 캔을 캡 조립체로 마감한 후, 캔의 내부에 전해액을 주입하고 밀봉하여 제조된다.
도 1을 참조하면, 종래의 젤리-롤형 전극 조립체는 양극판(20), 분리막(10), 음극판(30)이 순서대로 배치된 상태에서 권취되어, 권취된 후의 전극 조립체는 원기둥 형상으로 단면은 원형 또는 타원형으로 구비된다.
그런데, 종래의 젤리 롤형 전극 조립체는 권취되는 제작공정상 전체 형상이 원 기둥 형상 이외에 다른 형상으로 제작하기 어려운 문제가 있었다.
상기와 같은 문제점 중 적어도 일부를 해결하기 위해 본 발명은, 권취시 다양한 형상으로 구비될 수 있는 젤리 롤 타입의 전극 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 일측면으로서, 본 발명은 양극 집전체의 적어도 일면에 양극 활물질 코팅부를 포함하는 양극판과, 음극 집전체의 적어도 일면에 음극 활물질 코팅부를 포함하는 음극판 및, 상기 음극 극판과 양판의 사이에 개재되어 이들을 절연시키는 분리막을 포함하고, 상기 양극판과, 상기 음극판 및 상기 분리막을 권취하여 젤리-롤로 형성되는 전극 조립체에 있어서, 상기 양극 활물질 코팅부 및 상기 음극 활물질 코팅부는 일측으로 돌출된 활물질 돌출부를 포함하고, 권취시 상기 활물질 돌출부에 의해 형성된 단차를 하나 이상 포함하는 전극 조립체를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 활물질 돌출부는, 상기 양극활물질 코팅부에 형성된 양극 활물질 돌출부 및 상기 음극 활물질 코팅부에 형성된 음극 활물질 돌출부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 양극 활물질 돌출부는 상기 양극 집전체에서 상하방향으로 대칭되게 돌출되고, 상기 음극 활물질 돌출부는 상기 음극 집전체에서 상하방향으로 대칭되게 돌출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면,기 양극 활물질 돌출부 및 상기 음극 활물질 돌출부는 각각 상기 양극 집전체 및 상기 음극 집전체에서 서로 반대방향으로 돌출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 활물질 돌출부는 대향되는 상기 양극 활물질 돌출부 및 음극 활물질 돌출부가 같은 면적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면,상기 활물질 돌출부는 복수개 구비되며, 복수개의 상기 활물질 돌출부 중 일부는 서로 다른 면적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 복수개의 상기 활물질 돌출부는 같은 두께로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면,상기 활물질 돌출부는 동일한 면적을 갖는 한쌍이 인접하게 배치되어 돌출부 그룹을 이루고, 이웃하는 돌출부 그룹에 각각 속하는 활물질 돌출부의 면적은 서로 상이하도록 구비될 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 활물질 돌출부의 넓이, 개수 등을 조절하여 다양한 형상의 전극 조립체를 제공할 수 있다.
도 1 종래의 전극 조립체의 권취 전의 구조이다.
도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 일 실시예에 의한 전극 조립체의 권취 전의 구조이다.
도 4 및 도 5는 각각 도 2 및 도 3의 전극 조립체의 권취된 후의 구조이다.
이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명을 상세하게 설명한다.
먼저, 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명인 전극 조립체(100)를 이해시키는데 적합한 실시예들이다. 다만, 본 발명이 이하에서 설명되는 실시예에 한정하여 적용되거나 설명되는 실시예에 의해 본 발명의 기술적 특징이 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 기술범위에서 다양한 변형 실시가 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전극 조립체(100)는 양극판(110), 음극판(130) 및 상기 양극판(110)과 상기 음극판(130) 사이에 개재되어 이들을 절연시키는 분리막을 포함하고, 상기 양극판(110), 상기 음극판(130) 및 상기 분리막이 적층되고 권취되어 젤리롤 형태로 형성된다.
여기서, 상기 양극판(110)은 화학 반응에 의해 발생한 전자를 모아서 외부 회로로 전달해주는 양극 집천체와, 상기 양극 집전체(111)의 일면 또는 양면에 양극 활물질이 코팅된 양극 활물질 코팅부(120)를 포함한다.
그리고, 상기 양극 집전체(111)는 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄 또는 이들의 합금, 알루미늄 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등이 사용될 수 있다.
또한, 양극 활물질 코팅부(120)는 코발트, 망간, 니켈에서 선택되는 최소한 1종 및 리튬과의 복합산화물 중 1종 이상으로 구비될 수 있다.
그리고, 상기 음극판(130)은 화학반응에 의해 발생한 전자를 모아서 외부로 전달해주는 음극 집전체(131)와, 상기 음극 집전체(131)의 일면 또는 양면에 음극 활물질이 코팅된 음극 활물질 코팅부(140)를 포함한다.
여기서, 상기 음극 집전체(131)는 스테인레스강, 니켈, 구리, 티탄, 또는 이들의 합금, 구리 또는 스테인레스 강의 표면에 카본, 니켈, 티탄 은을 표면 처리시킨 것 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 음극 활물질 코팅부(140)는 결정질 탄소, 비결정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 리튬 합금 등으로 구비될 수 있다.
그리고, 상기 분리막은 폴리 에틸렌, 폴리 프로필렌 등의 열가소성 수지로 형성되고, 표면은 다공막 구조로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 전극 조립체(100)는 활물질 돌출부(122, 142)를 더 포함할 수 있다. 상기 활물질 돌출부(122, 142)는 양극판(110)에 구비되는 양극 활물질 돌출부(122)와 음극판(130)에 구비되는 음극 활물질 돌출부(142)를 포함할 수 있다.
먼저, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예 의한 양극 활물질 코팅부(120)는 상기 양극 집전체(111)에 일정한 두께로 코팅된 양극 활물질 평면부(121)와 상기 양극 활물질 평면부(121)에서 일방향 또는 양방향으로 돌출된 상기 양극 활물질 돌출부(122)를 구비할 수 있다.
여기서, 상기 양극 활물질 평면부(121)는 상기 양극 집전체(111)에서 단차가 형성되지 않고 일정한 두께로 코팅된 코팅층이고, 상기 양극 활물질 돌출부(122)는 상기 양극 집전체(111)에 상기 양극 활물질이 코팅되어 상기 양극 활물질 평면부(121)가 형성된 후에, 추가적으로 상기 양극 활물질이 코팅되어 상기 양극 활물질 평면부(121)의 일측 또는 양측으로 돌출된 코팅층이다.
그래서, 본 발명의 일 실시예에 의한 양극 활물질 코팅부(120)는 종래의 양극 활물질 코팅부(120)와 달리 상기 양극 활물질 돌출부(122)에 의한 단차가 형성될 수 있다.
여기서, 상기 양극 활물질 평면부(121)와 상기 양극 활물질 돌출부(122)는 동일한 활물질로 구비되어, 상기 양극 활물질 평면부(121)와 상기 양극 활물질 돌출부(122)가 하나의 양극 활물질 코팅층을 형성한다.
다만, 상기 양극 활물질 돌출부(122)가 상기 양극 활물질 평면부(121)에서 돌출되는 공정은 상기 양극 활물질이 상기 양극 활물질 평면부(121)에서 추가적으로 코팅되거나, 상기 양극 활물질 평면부(121)에서 설정된 높이의 양극 활물질이 적층된 상태에서 고정되어 상기 양극 활물질 돌출부(122)를 형성하는 경우가 가능하고 이 이외에 다양한 실시예가 가능하다.
그리고, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 음극 활물질 코팅부(140)는 전술한 양극 활물질 코팅부(120)에서 설명한 것과 같은 원리로 음극 활물질 돌출부(142)를 구비할 수 있다.
즉, 상기 음극 활물질 코팅부(140)는 상기 음극 집전체(131)에 일정한 두께로 코팅된 음극 활물질 평면부(141)와 상기 음극 활물질 평면부(141)에서 일방향 또는 양방향으로 돌출된 상기 음극 활물질 돌출부(142)를 구비할 수 있다.
상기 음극 활물질 평면부(141)는 상기 음극 집전체(131)에서 단차가 형성되지 않고 일정한 두께로 코팅된 코팅층이고, 상기 음극 활물질 돌출부(142)는 상기 음극 집전체(131)에 상기 음극 활물질이 코팅되어 상기 음극 활물질 평면부(141)가 형성된 후에, 추가적으로 상기 음극 활물질이 코팅되어 상기 음극 활물질 평면부(141)의 일측 또는 양측으로 돌출된 코팅층이다.
그래서, 본 발명의 일 실시예에 의한 음극 활물질 코팅부(140)는 종래의 음극 활물질 코팅부(140)와 달리 상기 음극 활물질 돌출부(142)에 의한 단차가 형성될 수 있다.
여기서, 상기 음극 활물질 평면부(141)와 상기 음극 활물질 돌출부(142)는 동일한 활물질로 구비되어, 상기 음극 활물질 평면부(141)와 상기 음극 활물질 돌출부(142)가 하나의 음극 활물질 코팅층을 형성한다.
다만, 상기 음극 활물질 돌출부(142)가 상기 음극 활물질 평면부(141)에서 돌출되는 공정은 상기 음극 활물질이 상기 음극 활물질 평면부(141)에서 추가적으로 코팅되거나, 상기 음극 활물질 평면부(141)에서 설정된 높이의 음극 활물질이 적층되어 상기 음극 활물질 돌출부(142)를 형성하는 등 다양한 실시예가 채용될 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 활물질 돌출부(122, 142)는 상기 양극 활물질 평면부(121) 또는 상기 음극 활물질 평면부(141)에서 양측으로 돌출되도록 구비될 수 있다.
먼저, 상기 양극 활물질 돌출부(122)는 상기 양극 집전체(111)에 상기 양극 활물질 평면부(121)가 코팅된 후에 상기 양극 활물질 평면부(121)의 양측으로 돌출되도록 코팅되어 상기 양극 활물질 평면부(121)를 중심으로 양방향에서 상기 양극 활물질 돌출부(122)에 의한 단차가 형성될 수 있다.
그리고, 상기 음극 활물질 돌출부(142)는 상기 음극 집전체(131)에 상기 음극 활물질 평면부(141)가 코팅된 후에 상기 음극 활물질 평면부(141)의 양측으로 돌출되도록 코팅되어 상기 음극 활물질 평면부(141)를 중심으로 양방향에서 상기 양극 활물질 돌출부(122)에 의한 단차가 형성될 수 있다.
그리고, 도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 활물질 돌출부(122, 142)는 상기 양극 활물질 평면부(121) 또는 상기 음극 활물질 평면부(141)의 일방향으로 돌출되도록 구비될 수 있다.
먼저, 상기 양극 활물질 돌출부(122)는 상기 양극 집전체(111)에 상기 양극 활물질 평면부(121)가 코팅된 후에, 상기 양극 활물질 평면부(121)의 일측, 도면상 상부로 돌출되도록 구비될 수 있다.
그리고, 상기 음극 활물질 돌출부(142)는 상기 음극 집전체(131)에서 상기 음극 활물질 평면부(141)가 코팅된 후에, 상기 양극 활물질 돌출부(122)와 반대방향으로, 도면상 하부로 돌출되도록 구비될 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 복수개의 상기 활물질 돌출부(122, 142)는 두께가 서로 동일하게 구비될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 양극 활물질 돌출부(122)는 도면상 좌측에서 우측으로 순차적으로 제1양극 활물질 돌출부(122a), 제2양극 활물질 돌출부(122b), 제3양극 활물질 돌출부(122c), 제4양극 활물질 돌출부(122d), 제5양극 활물질 돌출부(122e)를 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 음극 활물질 돌출부(142)는 도면상 좌측에서 우측으로 순차적으로 제1음극 활물질 돌출부(142a), 제2음극 활물질 돌출부(142b), 제3음극 활물질 돌출부(142c), 제4음극 활물질 돌출부(142d), 제5음극 활물질 돌출부(142e)를 포함할 수 있다.
이하, 상기 제1양극 활물질 돌출부(122a) 내지 제5양극 활물질 돌출부(122e) 및 상기 제1음극 활물질 돌출부(142a) 내지 제5음극 활물질 돌출부(142e)를 예로 들어 설명한다. 다만, 이는 본원 발명의 일 실시예에 불과하고 활물질 돌출부(122, 142)의 개수 및 크기는 이에 제한되지 않는다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 의한 활물질 돌출부(122, 142)는, 대향되는 상기 양극 활물질 돌출부(122) 및 상기 음극 활물질 돌출부(142)가 같은 면적으로 형성될 수 있다.
예컨데, 상기 제1양극 활물질 돌출부(122a)는 상기 제1음극 활물질 돌출부(142a)와 같은 면적으로 형성될 수 있고, 상기 제2양극 활물질 돌출부(122b)는 상기 제2음극 활물질 돌출부(142b)와 같은 면적으로 형성될 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 활물질 돌출부(122, 142)는 복수개가 구비될 수 있으며, 상기 복수개의 활물질 돌출부(122, 142) 중 일부는 서로 다른 면적으로 형성될 수 있다.
여기서 면적이란 상기 활물질 돌출부(122, 142)의 평면도상 넓이를 의미하며, 상기 활물질 돌출부(122, 142)의 면적은 도 에서는 상기 양극 집전체(111) 또는 상기 음극 집전체(131)의 길이방향, 즉, 도면상 수평방향에서의 길이에 비례한다.
예컨데, 상기 제1양극 활물질 돌출부(122a), 상기 제2양극 활물질 돌출부(122b), 제4양극 활물질 돌출부(122d)는 각각 서로 다른 면적으로 형성될 수 있고, 상기 제1음극 활물질 돌출부(142a), 상기 제2음극 활물질 돌출부(142b), 제4음극 활물질 돌출부(142d)는 각각 서로 다른 면적으로 형성될 수 있다.
예컨데, 도 2 및 도 3에 기재된 본 발명의 일 실시예에 의한 제1양극 활물질 돌출부(122a)는 상기 제2양극 활물질 돌출부(122b)의 면적보다 더 넓게 구비되고, 상기 제2양극 활물질 돌출부(122b)의 면적은 상기 제4양극 활물질 돌출부(122d)의 면적보다 더 넓게 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 활물질 돌출부(122, 142)는 동일한 면적을 갖는 한쌍이 인접하게 배치되어 돌출부 그룹(150)을 이루고, 이웃하는 돌출부 그룹(150)에 각각 속하는 활물질 돌출부(122, 142)의 면적은 서로 상이하게 구비될 수 있다.
예컨데, 상기 제2양극 활물질 돌출부(122b)와 상기 제3양극 활물질 돌출부(122c)는 동일한 면적으로 형성되며 제1돌출부 그룹(151)을 이루고, 상기 제4양극 활물질 돌출부(122d)와 상기 제5양극 활물질 돌출부(122e)는 동일한 면적으로 형성되며 제2돌출부 그룹(152)을 이룰 수 있다.
이 경우, 상기 제2양극 활물질 돌출부(122b)의 면적과 상기 제4양극 활물질 돌출부(122d)의 면적은 서로 다르게 형성될 수 있다.
한편, 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 전극 조립체(100)는 상기 제1양극 활물질 돌출부(122a) 내지 상기 제5양극 활물질 돌출부(122e) 및 상기 제1음극 활물질 돌출부(142a) 내지 상기 제5음극 활물질 돌출부(142e)를 일 방향으로 권취하여 젤리 롤 타입으로 구비될 수 있다.
권취시 상기 제1양극 활물질 돌출부(122a)와 상기 제1음극 활물질 돌출부(142a)는 전극 조립체(100)의 중앙에 위치하고, 상기 제2양극 활물질 돌출부(122b)는 상기 제1음극 활물질 돌출부(142a)와 인접하게 배치되고, 상기 제3양극 활물질 돌출부(122c)는 상기 제1양극 활물질 돌출부(122a)와 인접하게 배치될 수 있다.
이 경우 상기 제3양극 활물질 돌출부(122c)와 상기 제1양극 활물질 돌출부(122a) 사이에는 음극 활물질 평면부(141)가 배치될 수 있다.
상기 제2음극 활물질 돌출부(142b)는 상기 제2양극 활물질 돌출부(122b)와 인접하게 배치되고, 상기 제3음극 활물질 돌출부(142c)는 상기 제3양극활물질 돌출부와 인접하게 배치될 수 있다.
상기 제4양극 활물질 돌출부(122d)는 상기 제2음극 활물질 돌출부(142b)와 인접하게 배치되고 상기 제4음극 활물질 돌출부(142d)는 상기 제4양극활물질 돌출부와 인접하게 배치될 수 있다.
상기 제5양극 활물질 돌출부(122e)는 상기 제3음극 활물질 돌출부(142c)와 인접하게 배치되고, 상기 제5음극 활물질 돌출부(142e)는 상기 제5양극활물질 돌출부와 인접하게 배치될 수 있다.
그래서, 상기 양극판(110)과 상기 음극판(130)을 권취하고, 분리막과 상기 활물질 돌출부(122, 142)와 상기 활물질 돌출부(122, 142)를 연결하는 활물질 평면부를 상기 활물질 돌출부(122, 142)에 접촉하게 가압하면 본 발명의 일 실시예에 의한 전극 조립체(100)는 마름모 형상으로 형성될 수 있다.
그리고, 복수개의 상기 양극 활물질 돌출부(122) 및 복수개의 상기 음극 활물질 돌출부(142)의 개수, 크기 등을 변화시켜 도 4 및 도 5에 개시된 마름모 형상의 전극 조립체(100)이외에도 다양한 형상의 전극 조립체(100)를 제작할 수 있다.
그리고, 본 발명은 지금까지 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.
100: 전극 조립체
110: 양극판
111: 양극 집전체
120: 양극 활물질 코팅부
121: 양극 활물질 평면부
122: 양극 활물질 돌출부
122a: 제1양극 활물질 돌출부
122b: 제2양극 활물질 돌출부
122c: 제3양극 활물질 돌출부
122d: 제4양극 활물질 돌출부
122e: 제5양극 활물질 돌출부
130: 음극판
131: 음극 집전체
140: 음극 활물질 코팅부
141: 음극 활물질 평면부
142: 음극 활물질 돌출부
142a: 제1음극 활물질 돌출부
142b: 제2음극 활물질 돌출부
142c: 제3음극 활물질 돌출부
142d: 제4음극 활물질 돌출부
142e: 제5음극 활물질 돌출부
150: 돌출부 그룹
151: 제1돌출부 그룹
152: 제2돌출부 그룹
160: 분리막

Claims (8)

  1. 양극 집전체의 적어도 일면에 양극 활물질 코팅부를 포함하는 양극판과, 음극 집전체의 적어도 일면에 음극 활물질 코팅부를 포함하는 음극판 및, 상기 음극 극판과 양판의 사이에 개재되어 이들을 절연시키는 분리막을 포함하고, 상기 양극판과, 상기 음극판 및 상기 분리막을 권취하여 젤리-롤로 형성되는 전극 조립체에 있어서,
    상기 양극 활물질 코팅부 및 상기 음극 활물질 코팅부는 일측으로 돌출된 활물질 돌출부를 포함하고, 권취시 상기 활물질 돌출부에 의해 형성된 단차를 하나 이상 포함하고,
    상기 활물질 돌출부는,
    상기 양극활물질 코팅부에 형성된 양극 활물질 돌출부; 및
    상기 음극 활물질 코팅부에 형성된 음극 활물질 돌출부; 를 포함하고,
    상기 양극 활물질 돌출부 및 상기 음극 활물질 돌출부는 각각 상기 양극 집전체 및 상기 음극 집전체에서 서로 반대방향으로 돌출되고,
    상기 활물질 돌출부는,
    대향되는 상기 양극 활물질 돌출부 및 음극 활물질 돌출부가 같은 면적으로 형성되고,
    상기 활물질 돌출부는 복수개 구비되며, 복수개의 상기 활물질 돌출부 중 일부는 서로 다른 면적으로 형성되는 전극 조립체.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양극 활물질 돌출부는 상기 양극 집전체에서 상하방향으로 대칭되게 돌출되고, 상기 음극 활물질 돌출부는 상기 음극 집전체에서 상하방향으로 대칭되게 돌출되는 전극 조립체.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    복수개의 상기 활물질 돌출부는 같은 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 활물질 돌출부는 동일한 면적을 갖는 한쌍이 인접하게 배치되어 돌출부 그룹을 이루고, 이웃하는 돌출부 그룹에 각각 속하는 활물질 돌출부의 면적은 서로 상이한 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
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