KR102101428B1 - An electrode assembly with enhanced heat emission properties - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기화학소자용 전극 조립체에 대한 것이다. 더욱 상세하게는 전극 조립체 내부에서 발생된 열을 효율적으로 방출하도록 고안된 전극 조립체에 대한 것이다. 본 발명은 전기화학소자용 전극 조립체에 대한 것으로서 상기 전극 조립체는 음극, 양극 및 상기 음극과 양극 사이에 개재되는 분리막을 포함한다. 또한, 상기 전극 조립체는 몸체 중앙부를 향하여 점진적으로 또는 단계적으로 둘레가 좁아지는 장구형 또는 덤벨형(dumbbell type)인 것을 특징으로 한다The present invention relates to an electrode assembly for an electrochemical device. More specifically, it relates to an electrode assembly designed to efficiently dissipate heat generated inside the electrode assembly. The present invention relates to an electrode assembly for an electrochemical device, wherein the electrode assembly includes a cathode, an anode, and a separator interposed between the cathode and the anode. In addition, the electrode assembly is characterized in that the oblong or dumbbell type that the circumference narrows gradually or stepwise toward the center of the body.

Description

방열 성능이 개선된 전기화학소자용 전극 조립체{An electrode assembly with enhanced heat emission properties}An electrode assembly with enhanced heat emission properties for electrochemical devices with improved heat dissipation performance

본 발명은 전기화학소자용 전극 조립체에 대한 것이다. 더욱 상세하게는 전극 조립체 내부에서 발생된 열을 효율적으로 방출하도록 고안된 전극 조립체에 대한 것이다. The present invention relates to an electrode assembly for an electrochemical device. More specifically, it relates to an electrode assembly designed to efficiently dissipate heat generated inside the electrode assembly.

이차 전지는 양극/음극/분리막/전해액을 기본 구성으로 하며 화학 에너지와 전기 에너지가 가역적으로 변환되면서 충방전이 가능하고 에너지 밀도가 높은 에너지 저장체로, 휴대폰, 노트북 등의 소형 전자 장비에 폭넓게 사용된다. 최근에는 환경문제, 고유가, 에너지 효율 및 저장을 위한 대응으로 복합 전기 자동차(전기 자동차(hybrid electric vehicles, HEV), 플러그 전기 자동차(Plug-in EV), 전기자전거(e-bike) 및 에너지 저장 시스템(Energy storage system, ESS)으로의 응용이 급속히 확대되고 있다. Secondary batteries are composed of anode / cathode / separator / electrolyte as a basic configuration, and chemical and electrical energy are reversibly converted to charge / discharge and are energy-enhancing energy storage materials. They are widely used in small electronic equipment such as mobile phones and notebook computers. . Recently, in response to environmental problems, high oil prices, energy efficiency and storage, complex electric vehicles (Hybrid electric vehicles (HEV), Plug-in EV), electric bicycles (e-bike) and energy storage systems (Energy storage system, ESS) applications are rapidly expanding.

중대형 전지 모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지 모듈의 전지 셀(단위 전지)로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조 비용이 낮으며, 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다. Since the medium-to-large-size battery module is preferably manufactured in a small size and weight, if possible, it can be filled with a high degree of integration, and a prismatic battery, a pouch-type battery, etc. having a small weight to capacity is mainly used as a battery cell (unit cell) of a medium-sized battery module. have. In particular, the pouch-type battery using an aluminum laminate sheet or the like as an exterior member has attracted much attention in recent years due to advantages such as small weight, low manufacturing cost, and easy shape modification.

이러한 중대형 전지의 모듈을 구성하는 전지 셀들은 충방전이 가능한 이차 전지로 구성되며 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다. 특히, 상기 전지 모듈에서 널리 사용되는 파우치형 전지의 라미네이트 시트는 열전도성이 낮은 고분자 물질로 표면이 코팅되어 있으므로, 전지셀 전체의 온도를 효과적으로 냉각시키기 어렵다. The battery cells constituting the module of the medium-to-large-sized battery are composed of secondary batteries capable of charging and discharging and generate a large amount of heat during the charging and discharging process. In particular, since the laminate sheet of the pouch-type battery widely used in the battery module is coated with a polymer material having low thermal conductivity, it is difficult to effectively cool the temperature of the entire battery cell.

충방전 과정에서 발생한 전지 모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 전지 모듈의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다. If the heat of the battery module generated during the charging and discharging process is not effectively removed, heat accumulation occurs and consequently promotes deterioration of the battery module, and in some cases, may cause ignition or explosion.

도 1은 종래 파우치형 리튬 이차 전지를 충전한 후 측정한 전극 조립체 내부 온도의 분포도이다. 이를 참조하면, 전극 조립체 중앙부의 온도가 가장 높게 나타난 것을 확인할 수 있다. 따라서 전극 조립체의 중앙부에 집중되는 열축적을 해소하고 방열을 촉진하는 전극 조립체 개발이 시급히 요청되는 실정이다. 1 is a distribution diagram of an internal temperature of an electrode assembly measured after charging a conventional pouch type lithium secondary battery. Referring to this, it can be seen that the temperature at the center of the electrode assembly was highest. Therefore, there is an urgent need to develop an electrode assembly that eliminates heat accumulation concentrated in the center of the electrode assembly and promotes heat dissipation.

본 발명은 방열 효과가 높은 신규한 구조의 전극 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기 설명에 의해 이해될 수 있을 것이다. 한편, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에서 기재되는 수단 또는 방법, 및 이의 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.An object of the present invention is to provide an electrode assembly having a novel structure with high heat dissipation effect. Other objects and advantages of the invention will be understood by the following description. On the other hand, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention can be realized by means or methods described in the claims, and combinations thereof.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 전극 조립체를 제공한다. The present invention provides an electrode assembly for solving the above problems.

본 발명의 제1 구현예는, 상기 전극 조립체는 음극, 양극 및 상기 음극과 양극 사이에 개재되는 분리막을 포함하고, 상기 전극 조립체의 몸체의 적어도 일부가 타 부분에 비해 점진적으로 또는 단계적으로 둘레가 좁아지는 것이며, 상기 전극 조립체는 전기화학소자용인 것이다. In the first embodiment of the present invention, the electrode assembly includes a negative electrode, a positive electrode, and a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode, and at least a part of the body of the electrode assembly has a gradual or stepwise circumference compared to other parts. It becomes narrower, and the electrode assembly is for an electrochemical device.

본 발명의 제2 구현예는 제1 구현예에 있어서, 상기 전극 조립체가 장구형 또는 덤벨형(dumbbell type)인 것이다. In a second embodiment of the present invention, in the first embodiment, the electrode assembly is a long or dumbbell type.

본 발명의 제3 구현예는 제1 또는 제2 구현예에 있어서, 상기 전극 조립체에서 양극 및 분리막의 전지 소자의 적층 평면의 형상이 장구형 또는 덤벨형인 것이다. In a third embodiment of the present invention, in the first or second embodiment, the shape of the stacked planes of the battery elements of the positive electrode and the separator in the electrode assembly is long or dumbbell.

본 발명의 제4 구현예는 제1 내지 제3 구현예 중 어느 하나에 있어서, 상기 전극 조립체는 적층 평면의 형상이 장방형이며 적층 평면을 한 변에 대해 평행하게 3분할 했을 때 상부 및/또는 하부의 폭에 비해 중앙부의 폭이 좁은 협폭부가 형성된 것이다. The fourth embodiment of the present invention according to any one of the first to third embodiments, wherein the electrode assembly has a rectangular stacked plane and an upper and / or lower portion when the stacked plane is divided into three parallel portions with respect to one side. The narrow portion is narrower than the width of the central portion.

본 발명의 제5 구현예는 제4 구현예에 있어서, 상기 전극 조립체는 상기 협폭부가 적층 평면의 네 개의 변 부분에 모두 형성되는 것이다. In a fifth embodiment of the present invention, in the fourth embodiment, in the electrode assembly, the narrow portion is formed on all four sides of the lamination plane.

본 발명의 제6 구현예는 제1 내지 제5 구현예 중 어느 하나에 따른 전극 조립체를 포함하는 이차 전지이다. 상기 이차 전지는 상기 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수납하는 파우치 외장재 및 전해액을 포함하며, 상기 파우치 외장재는 전극 조립체의 형상에 대응되도록 형성되는 것이다. The sixth embodiment of the present invention is a secondary battery including the electrode assembly according to any one of the first to fifth embodiments. The secondary battery includes the electrode assembly, a pouch case for storing the electrode assembly, and an electrolyte, and the pouch case is formed to correspond to the shape of the electrode assembly.

본 발명에 따른 전극 조립체는 몸체 중앙부의 폭이 작게 설계되므로 열 방출 경로가 짧아져 내부의 열이 외부로 더욱 용이하게 방출되는 효과가 있다. 또한, 전극 조립체의 표면적이 증가하므로 상기 열 방출 효율을 상승시키는 효과가 있다. Since the electrode assembly according to the present invention is designed to have a small width in the center of the body, the heat dissipation path is shortened, and thus the heat inside is more easily discharged to the outside. In addition, since the surface area of the electrode assembly is increased, there is an effect of increasing the heat dissipation efficiency.

첨부된 도면은 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 것으로, 발명의 범위가 이에 국한되는 것은 아니다. 한편, 본 명세서에 수록된 도면에서의 요소의 형상, 크기, 축척 또는 비율 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장될 수 있다.
도 1은 파우치형 이차 전지에서 1CP 방전 후 전극 조립체의 온도 분포를 확인한 것이다.
도 2는 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 전극 조립체의 사시도를 도시한 것이다.
도 3, 도 4 및 도 5는 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 전극 조립체의 평면도를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 것이다. The accompanying drawings illustrate preferred embodiments of the invention, and illustrate the principles of the invention with detailed description, and the scope of the invention is not limited thereto. Meanwhile, the shape, size, scale, or ratio of elements in the drawings included in the present specification may be exaggerated to emphasize a clearer description.
Figure 1 confirms the temperature distribution of the electrode assembly after 1CP discharge in the pouch type secondary battery.
2 shows a perspective view of an electrode assembly according to one specific embodiment of the present invention.
3, 4 and 5 show a plan view of an electrode assembly according to one specific embodiment of the present invention.
6 schematically shows a secondary battery according to one specific embodiment of the present invention of the present invention.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of terms in order to best describe his or her invention in the best way. Based on the principle of being able to be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical spirit of the present invention. Therefore, the embodiments shown in the embodiments and the drawings described in this specification are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical spirit of the present invention, and at the time of this application, various alternatives are possible. It should be understood that there may be equivalents and variations.

본 발명은 전기화학소자용 전극 조립체에 대한 것으로서 상기 전극 조립체는 음극, 양극 및 상기 음극과 양극 사이에 개재되는 분리막을 포함한다. 또한, 상기 전극 조립체는 몸체의 적어도 일부분이 타 부분에 비해 점진적으로 또는 단계적으로 둘레가 좁아지는 것이다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 전극 조립체는 몸체 중앙부를 향하여 점진적으로 또는 단계적으로 둘레가 좁아지는 장구형 또는 덤벨형(dumbbell type)인 것이다. The present invention relates to an electrode assembly for an electrochemical device, wherein the electrode assembly includes a cathode, an anode, and a separator interposed between the cathode and the anode. In addition, the electrode assembly is that at least a part of the body has a narrow circumference gradually or stepwise compared to other parts. According to a specific embodiment of the present invention, the electrode assembly is a long or dumbbell type that gradually or stepwisely narrows its circumference toward the center of the body.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면, 상기 전극 조립체는 몸체 상부 및 하부에 비해 중앙부의 둘레가 작은 것이다. 또는 상기 전극 조립체는 몸체 상부에서 중앙부로 갈수록 점진적으로 또는 순차적으로 둘레가 감소하며, 다시 중앙부에서 하부로 갈수록 둘레가 점전적으로 또는 순차적으로 증가하다. 본 발명에 있어서, 상기 상부, 중앙부 및 하부는 분리막 평면에 대해 수직으로 분할된 부분을 의미한다. 상기 상부/중앙부/하부와 같이 위치를 설명하는 용어는 발명의 설명상의 편의를 위해 사용되는 것이며, 상대적인 위치를 지칭하는 것이다. 따라서, 절대적인 위치를 지정하는 것은 아니다. According to one specific embodiment of the present invention, the electrode assembly has a smaller circumference of the central part than the upper and lower parts of the body. Alternatively, the electrode assembly gradually or sequentially decreases from the top of the body to the center, and the periphery increases gradually or sequentially from the center to the bottom. In the present invention, the upper portion, the central portion and the lower portion refer to a portion vertically divided with respect to the membrane plane. The term describing the position, such as the upper / center / lower part is used for convenience of explanation of the invention, and refers to a relative position. Therefore, the absolute position is not specified.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 중앙부는 상부 및 하부에 비해 폭이 좁게 구성될 수 있다. 이때 전극 조립체의 상부, 중앙부 및 하부에서 적층된 음극, 양극 및 분리막의 개수는 같으며, 따라서, 전극 조립체 중앙부의 폭을 좁게 하여 전극 조립체 중앙부의 둘레가 감소되도록 할 수 있다. In one specific embodiment of the present invention, the central portion may be configured to have a narrow width compared to the upper and lower portions. At this time, the number of cathodes, anodes, and separators stacked at the top, center, and bottom of the electrode assembly is the same, and thus, the width of the center portion of the electrode assembly can be narrowed to reduce the circumference of the center portion of the electrode assembly.

도 2 및 도 3은 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 전극 조립체(100)를 도시한 사시도 및 평면도이다. 이를 참조하면, 상기 전극 조립체는 음극(120a), 양극(120c) 및 분리막(110)이 순차적으로 적층되어 있으며, 상기 음극과 양극 사이에 분리막이 개재되어 있다. 또한, 상기 전극 조립체는 몸체의 중앙부(102)의 폭(Wc)이 몸체 상부(101) 및 하부(103)의 폭(Wo) 보다 좁게 형성되어 있다. 본 발명에 있어서 전극 조립체 몸체 상부 및 하부에 비해 폭이 좁은 부분을 중앙부 또는 협폭부(狹幅部) 라고 지칭한다. 이와 같이 전극 조립체 몸체 일부분에 다른 부분에 비해 상대적으로 폭이 좁은 협폭부를 형성함으로써 둘레를 감소시키는 효과를 가져올 수 있다. 또한, 상기 협폭부를 둠으로써 전극 조립체 내부에서 외부로의 열방출 경로가 단축되고 표면적이 증가되므로 열방출 효율이 증가된다. 2 and 3 are a perspective view and a plan view showing an electrode assembly 100 according to a specific embodiment of the present invention. Referring to this, in the electrode assembly, the cathode 120a, the anode 120c, and the separator 110 are sequentially stacked, and a separator is interposed between the cathode and the anode. In addition, in the electrode assembly, the width Wc of the central portion 102 of the body is formed to be narrower than the width Wo of the upper body 101 and the lower body 103. In the present invention, a portion narrower than the upper and lower parts of the electrode assembly body is referred to as a central portion or a narrow portion. Thus, by forming a narrow portion relatively narrow in width compared to other portions of the electrode assembly body portion, it is possible to bring about an effect of reducing the circumference. In addition, by placing the narrow portion, the heat dissipation path from the inside of the electrode assembly to the outside is shortened and the surface area is increased, thereby increasing the heat dissipation efficiency.

도 4은 본 발명의 또 다른 구현예를 도시한 것이다. 이에 따르면 상기 전극 조립체(200)는 상부에서 중앙부로 갈수록 폭이 좁아지고 다시 중앙부에서 하부로 갈수록 폭이 점진적으로 넓어지도록 형성된 것이다. 4 shows another embodiment of the present invention. According to this, the electrode assembly 200 is formed to be narrower in width from the top to the center and gradually wider in width from the center to the bottom.

또한, 상기 협폭부는 전극 조립체의 좌우면 뿐만 아니라 상하면에도 형성될 수 있다. 도 5는 본 발명의 구체적인 일 실시양태를 도시한 것으로서, 이를 참조하면 전극 조립체(300) 몸체의 사면에 협폭부(狹幅部)가 구비될 수 있다. In addition, the narrow portion may be formed on the upper and lower surfaces as well as the left and right surfaces of the electrode assembly. 5 illustrates a specific embodiment of the present invention, referring to this, a narrow portion may be provided on the slope of the body of the electrode assembly 300.

전술한 바와 같이 상기 전극 조립체의 몸체에 협폭부(狹幅部)를 구비함으로써 전극 조립체 내부에서 발생되는 열이 외부로 방출되는 경로가 단축된다. 그 결과 전극 조립체 내부에 발생된 열이 신속하게 방출되어 열축적이 해소되므로 열손상에 따른 전지 성능 저하를 방지할 수 있다. As described above, by providing a narrow portion in the body of the electrode assembly, a path in which heat generated inside the electrode assembly is discharged to the outside is shortened. As a result, heat generated inside the electrode assembly is rapidly released, and heat accumulation is eliminated, thereby preventing degradation of battery performance due to thermal damage.

또한, 본 발명에 있어서 협폭부의 폭, 둘레, 개수 등은 방열 효율 및 전지 용량 등을 고려하여 적절하게 조절할 수 있다. Further, in the present invention, the width, circumference, number, etc. of the narrow portion can be appropriately adjusted in consideration of heat dissipation efficiency and battery capacity.

또한, 본 발명은 전술한 특징을 갖는 전극 조립체를 포함하는 전지를 제공한다. 상기 전지는 예를 들면, 모든 종류의 1차, 2차 전지, 연료 전지, 태양 전지 또는 캐퍼시터(capacitor) 등이 있다. 특히, 상기 2차 전지 중 리튬 금속 이차 전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차 전지 등을 포함하는 리튬 이차 전지가 바람직하다.In addition, the present invention provides a battery comprising an electrode assembly having the features described above. The cells include, for example, all types of primary, secondary cells, fuel cells, solar cells or capacitors. In particular, a lithium secondary battery including a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery or a lithium ion polymer secondary battery is preferable among the secondary batteries.

상기 전지는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수납하는 전지 외장재 및 전해액을 포함하며, 여기에서 상기 전극 조립체는 본 발명에 따른 것으로서 전술한 협폭부를 갖는 전극 조립체인 것이다. 상기 전지는 파우치형, 각형, 원통형 등 일 수 있으며, 특정 종류에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서 상기 전지 외장재는 파우치형 전지인 것이다. 파우치형 전지는 전극 조립체를 수납하는 전지 외장재로 고분자 수지-금속 박막이 적층된 라미네이트 필름을 이용하기 때문에 원통형이나 각형 전지에 사용되는 외장재인 금속캔에 비해 외형 변화가 용이하다. 따라서 전극 조립체의 형태에 대응되는 외형을 갖도록 변형이 쉬운 파우치 외장재를 사용할 수 있다. The battery includes an electrode assembly, a battery exterior material for housing the electrode assembly, and an electrolyte, wherein the electrode assembly is an electrode assembly having a narrow portion as described above according to the present invention. The battery may be pouch-shaped, square-shaped, cylindrical, or the like, and is not limited to a specific type. In one specific embodiment of the present invention, the battery exterior material is a pouch type battery. Since the pouch-type battery uses a laminate film in which a polymer resin-metal thin film is stacked as a battery exterior material for storing an electrode assembly, it is easy to change its appearance compared to a metal can, which is an exterior material used for cylindrical or square batteries. Therefore, it is possible to use a pouch exterior material that is easily deformed to have an external shape corresponding to the shape of the electrode assembly.

도 6는 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 파우치형 이차 전지(400)를 도시한 것으로서, 점선은 전지 외장재 내부에 수납된 전극 조립체(100)를 투시하여 도시한 것이다. 도 6을 참조하면 파우치 외장재(500) 내부에 협폭부를 갖는 전극 조립체(100)가 내장되어 있고, 상기 파우치 외장재(500)는 내장된 전극 조립체의 형태에 상응하는 형상을 갖도록 구비되어 있으며, 실링부(S)의 열융착에 의해 밀봉되어 있다. 이와 같이 전지 외장재의 형태를 전극 조립체에 상응하도록 구비함으로써 전극 조립체에 부여된 열방출 효과가 극대화되는 효과가 있다. 6 illustrates a pouch-type secondary battery 400 according to a specific embodiment of the present invention, and the dotted line shows the electrode assembly 100 accommodated in the battery exterior. Referring to FIG. 6, the electrode assembly 100 having a narrow portion is embedded in the pouch exterior material 500, and the pouch exterior material 500 is provided to have a shape corresponding to the shape of the built-in electrode assembly, and is sealed. The part S is sealed by heat fusion. Thus, by providing the shape of the battery exterior material to correspond to the electrode assembly, there is an effect of maximizing the heat dissipation effect applied to the electrode assembly.

다음으로 전극 조립체, 음극, 양극 및 분리막의 구성에 대해 상술한다. Next, the configuration of the electrode assembly, the cathode, the anode and the separator will be described in detail.

상기 전극(음극 및 양극)은 집전체에 전극 합제가 도포되지 않은 무지부가 존재할 수 있으며, 이러한 무지부에는 각각의 전극판에 대응되는 전극 탭이 구비될 수 있다. 즉, 전극 조립체(100)의 양극 집전체에는 양극 탭(130c)이 부착되고, 음극 집전체에는 음극 탭(130a)이 부착될 수 있다. 그리고, 이러한 양극 탭(130c)과 음극 탭(130a)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 파우치 외장재(500)의 외부로 돌출되어 양극 단자 및 음극 단자를 형성할 수 있다. 다만, 이러한 양극 탭(130c) 및 음극 탭(130a)은 파우치 외장재(500)의 외부로 직접 노출되지 않고, 양극 리드(미도시) 및 음극 리드(미도시)와 같은 다른 구성요소에 연결되어, 파우치 외장재(500)의 외부로 인출되도록 할 수도 있다. The electrode (negative electrode and positive electrode) may have an uncoated portion to which the electrode mixture is not applied to the current collector, and the uncoated portion may be provided with electrode tabs corresponding to each electrode plate. That is, the positive electrode tab 130c may be attached to the positive electrode current collector of the electrode assembly 100, and the negative electrode tab 130a may be attached to the negative electrode current collector. In addition, the positive electrode tab 130c and the negative electrode tab 130a may protrude to the outside of the pouch case 500 to form positive and negative terminals, as illustrated in FIG. 6. However, the positive electrode tab 130c and the negative electrode tab 130a are not directly exposed to the outside of the pouch case 500, and are connected to other components such as a positive electrode lead (not shown) and a negative electrode lead (not shown), The pouch may be drawn out of the exterior material 500.

상기 전극은 이차 전지, 리튬 이온 이차전지, 리튬 폴리머 전지 등 전기화학소자용 전극인 것이다. 상기 전극은 음극 또는 양극일 수 있다. The electrode is an electrode for an electrochemical device such as a secondary battery, a lithium ion secondary battery, and a lithium polymer battery. The electrode may be a cathode or an anode.

상기 전극은 집전체 및 상기 집전체의 적어도 일측 표면에 형성된 전극 활물질층을 포함한다. 상기 전극 활물질층은 전극 활물질, 바인더 고분자 수지 및 도전재를 포함한다. The electrode includes a current collector and an electrode active material layer formed on at least one surface of the current collector. The electrode active material layer includes an electrode active material, a binder polymer resin, and a conductive material.

상기 집전체로는, 양극의 경우 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 음극의 경우 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다. 그러나 특별히 이에 한정되는 것은 아니며 적절하게 선택할 수 있다. Examples of the current collector include foils made of aluminum, nickel, or a combination thereof in the case of an anode, and foils made of copper, gold, nickel, or copper alloy, or a combination thereof in the case of the negative electrode. However, it is not particularly limited and may be appropriately selected.

상기 전극 활물질에 있어서, 양극 활물질은 종래 전기 화학 소자의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극 활물질을 사용할 수 있다. 이의 비제한적인 예로 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬철산화물 또는 이들의 조합에 의하여 형성되는 복합산화물 등과 같은 리튬흡착물질(lithium intercalation material) 등이 바람직하다. 또한, 음극 활물질은 종래 전기 화학 소자의 음극에 사용될 수 있는 통상적인 음극 활물질을 사용할 수 있다. 이의 비제한적인 예로 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite) 또는 기타 탄소류 등과 같은 리튬 흡착물질 등이 바람직하다.In the electrode active material, a positive electrode active material that can be used for the positive electrode of a conventional electrochemical device may be used. Lithium intercalation materials such as lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium iron oxide or a composite oxide formed by combinations thereof are preferred. In addition, as the negative electrode active material, a conventional negative electrode active material that can be used for the negative electrode of a conventional electrochemical device may be used. Non-limiting examples thereof include lithium metal or lithium alloys, lithium adsorbents such as carbon, petroleum coke, activated carbon, graphite, or other carbons.

상기 바인더는 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리부틸아크릴레이트 (polybutylacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile) 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVdF), 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-ohexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene) 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 시아노에틸플루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스(cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 플루란(pullulan) 및 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose)로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 포함할 수 있다. The binder is polyacrylate, polymethacrylate (polymethylmethacrylate), polybutylacrylate (polybutylacrylate), polyacrylonitrile (polyacrylonitrile) polyvinylidene fluoride (polyvinylidene fluoride, PVdF), polyvinylidene fluoride-hexafluor Polyvinylidene fluoride-ohexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, ethylene vinyl acetate copolymer co-vinyl acetate, polyethylene oxide, polyarylate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol, cyanoethylcellulose, cyanoethylcellulose Sucrose (cyanoethylsucrose), flululan and ka It may include one or more selected from the group consisting of carboxyl methyl cellulose.

분리막Separator

본 발명에 있어서, 상기 분리막은 음극과 양극 사이의 전기적 접촉을 차단하면서 이온을 통과시키는 이온 전도성 배리어(porous ion-conducting barrier)인 것이다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 분리막은 분리막 기재를 포함하며, 추가적으로 상기 분리막 기재의 적어도 일측 표면에 형성된 다공성 코팅층을 포함할 수 있다. In the present invention, the separator is an ion conductive barrier that passes ions while blocking electrical contact between the cathode and the anode. According to one specific embodiment of the present invention, the separator includes a separator substrate, and may further include a porous coating layer formed on at least one surface of the separator substrate.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 분리막 기재는 통상적으로 전기화학소자의 분리막 소재로 사용 가능한 것이 라면 특별한 제한 없이 사용이 가능하다. 이러한 다공성 기재로는, 예를 들어, 폴리올레핀, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴레페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에틸렌나프탈렌과 같은 고분자 수지 중 적어도 어느 하나로 형성된 부직포 또는 다공성 고분자 필름 또는 이 중 둘 이상의 적층물 등이 있으나 특별히 여기에 한정되는 것이 아니다.According to one specific embodiment of the present invention, the separator substrate can be used without particular limitation as long as it can be used as a separator material of an electrochemical device. Examples of such a porous substrate include polyolefin, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyacetal, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyether ether ketone, polyether sulfone, polyphenylene oxide, polyphenyl There is a nonwoven fabric or a porous polymer film formed of at least one of polymer resins such as rensulfide and polyethylene or phthalene, or a laminate of two or more of them, but is not particularly limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 다공성 코팅층은 복수의 무기물 입자와 바인더 수지가 혼합되어 형성된 것으로서, 다공성 기재의 표면이 무기물 입자로 피복됨으로써 분리막 기재의 내열성 및 기계적 물성이 더욱 향상된다. 상기 다공성 코팅층은 무기물 입자간 인터스티셜 볼륨(interstitial volume)에 의한 미세 다공성 구조를 가질 뿐만 아니라 코팅층의 물리적 형태를 유지할 수 있는 일종의 스페이서(spacer) 역할을 겸하게 된다. 상기 인터스티셜 볼륨은 인접한 무기물 입자들이 실질적으로 면접하여 한정되는 공간을 의미한다. 또한, 상기 무기물 입자는 일반적으로 200℃ 이상의 고온이 되어도 물리적 특성이 변하지 않는 특성을 갖기 때문에, 형성된 다공성 코팅층에 의해 분리막에 우수한 내열성이 부여된다. In the present invention, the porous coating layer is formed by mixing a plurality of inorganic particles and a binder resin, and the surface of the porous substrate is coated with inorganic particles to further improve the heat resistance and mechanical properties of the separator substrate. The porous coating layer not only has a microporous structure by interstitial volume between inorganic particles, but also serves as a kind of spacer capable of maintaining the physical shape of the coating layer. The interstitial volume means a space where adjacent inorganic particles are substantially interviewed and defined. In addition, since the inorganic particles generally have a characteristic that physical properties do not change even at a high temperature of 200 ° C. or higher, excellent heat resistance is imparted to the separator by the formed porous coating layer.

본 발명에 있어서, 상기 무기물 입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 상기 무기물 입자는 적용되는 전기화학소자의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 무기물 입자로는 예를 들어 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3 (PLZT, 여기서, 0 < x < 1, 0< y < 1임), Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, SiC, TiO2, TiO2 로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. In the present invention, the inorganic particles are not particularly limited as long as they are electrochemically stable. That is, the inorganic particles are not particularly limited as long as there is no oxidation and / or reduction reaction in the operating voltage range of the applied electrochemical device (for example, 0 to 5 V based on Li / Li +). In one specific embodiment of the present invention, the inorganic particles include, for example, BaTiO3, Pb (Zr, Ti) O3 (PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3 (PLZT, where 0 <x <1, 0 <y <1), Pb (Mg1 / 3Nb2 / 3) O3-PbTiO3 (PMN-PT), hafnia (HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, SiC, One or a mixture of two or more selected from the group consisting of TiO2 and TiO2 can be used.

또한, 본 발명에 있어서, 다공성 코팅층에 포함되는 바인더 고분자 수지의 비제한적인 예로는 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVdF), 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-ohexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리부틸아크릴레이트 (polybutylacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 시아노에틸플루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스(cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 플루란(pullulan) 및 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나, 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다. In addition, in the present invention, non-limiting examples of the binder polymer resin included in the porous coating layer are polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (polyvinylidene fluoride-ohexafluoropropylene), Polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene, polymethylmethacrylate, polybutylacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone ), Polyvinylacetate, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyethylene oxide, polyarylate, cyanoethylpullulan, cyanoethyl poly Vinyl alcohol (cyanoethylpolyvinylalcohol), cyanoethylcellulose ulose), cyanoethyl sucrose (cyanoethylsucrose), fluran (pullulan), and any one selected from the group consisting of carboxyl methyl cellulose (carboxyl methyl cellulose), or a mixture of two or more of them.

이 외에 본 명세서에서 상술하지 않은 전지 소자들에 대해서는 이차 전지 분야에서 통상적으로 사용되는 소자들이 사용될 수 있다. In addition, for the battery elements not described in the present specification, elements commonly used in the secondary battery field may be used.

본 발명은 전술한 특징을 갖는 이차 전지를 둘 이상 포함하는 배터리 팩을 제공한다. 그리고, 본 발명에 따른 배터리 팩은 이러한 이차 전지 이외에도, BMS(Battery Management System)와 같은 이차 전지의 충방전을 제어하기 위한 여러 보호 장치들을 더 포함할 수 있다.The present invention provides a battery pack comprising two or more secondary cells having the characteristics described above. In addition, the battery pack according to the present invention may further include various protection devices for controlling charging and discharging of a secondary battery, such as a BMS (Battery Management System), in addition to the secondary battery.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by a limited number of embodiments and drawings, the present invention is not limited by this, and the technical idea of the present invention and the following will be described by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the equivalent scope of the claims to be described.

Claims (6)

전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수납하는 파우치 외장재 및 전해액을 포함하는 이차 전지이며,
상기 전극 조립체는 음극, 양극 및 상기 음극과 양극 사이에 개재되는 분리막을 포함하고,
상기 전극 조립체의 몸체 적어도 일부분이 타 부분에 비해 점진적으로 또는 단계적으로 둘레가 좁아지는 것이고,
상기 파우치 외장재는 전극 조립체의 형상에 대응되도록 형성되는 것인 이차 전지.
It is a secondary battery comprising an electrode assembly, a pouch exterior material for storing the electrode assembly, and an electrolyte,
The electrode assembly includes a cathode, an anode, and a separator interposed between the cathode and the anode,
At least a portion of the body of the electrode assembly is gradually narrowed gradually or stepwise compared to the other portion,
The pouch case is a secondary battery that is formed to correspond to the shape of the electrode assembly.
제1항에 있어서, 상기 전극 조립체는 장구형 또는 덤벨형(dumbbell type)인 것인 이차 전지.
The secondary battery according to claim 1, wherein the electrode assembly is of a long or dumbbell type.
제1항에 있어서,
상기 전극 조립체는 음극, 양극 및 분리막의 전지 소자의 적층 평면의 형상이 장구형 또는 덤벨형인 것인 이차 전지.
According to claim 1,
The electrode assembly is a secondary battery having a shape of a stacked plane of a battery element of a negative electrode, a positive electrode, and a separator having a long or dumbbell shape.
제1항에 있어서,
상기 전극 조립체는 적층 평면의 형상이 장방형이며 적층 평면을 한 변에 대해 평행하게 3분할 했을 때 상부 및/또는 하부의 폭에 비해 중앙부의 폭이 좁은 협폭부가 형성된 것인 이차 전지.
According to claim 1,
The electrode assembly is a secondary battery in which the shape of the lamination plane is rectangular and the narrow portion of the central portion is narrower than the width of the upper and / or lower portions when the lamination plane is divided into three parallel portions with respect to one side.
제4항에 있어서,
상기 전극 조립체는 상기 협폭부가 적층 평면의 네 개의 변 부분에 모두 형성되는 것인 이차 전지.

According to claim 4,
The electrode assembly is a secondary battery in which the narrow portion is formed on all four sides of the lamination plane.

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