KR102207132B1 - Electrode Assembly for Battery Cell Comprising Sealed Separator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 집전체 상에 양극 슬러리가 도포되어 있는 양극판, 집전체 상에 음극 슬러리가 도포되어 있는 음극판, 및 분리막을 포함하는 스택형 구조로 이루어져 있고;
상기 스택형 구조를 형성하는 복수의 분리막들은 분리막 각각의 일부 외주변에 분리막 상호간의 접합에 의한 실링부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체에 관한 것이다.The present invention has a stacked structure including a positive electrode plate coated with a positive electrode slurry on a current collector, a negative electrode plate coated with a negative electrode slurry on the current collector, and a separator;
The plurality of separators forming the stacked structure relates to an electrode assembly, wherein a sealing part is formed by bonding between the separators on a part of the outer periphery of each of the separators.
Description
본 발명은 실링된 분리막을 포함하는 전지셀용 전극조립체에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode assembly for a battery cell comprising a sealed separator.
화석연료 사용의 급격한 증가로 인하여 대체 에너지나 청정에너지의 사용에 대한 요구가 증가하고 있으며, 그 일환으로 가장 활발하게 연구되고 있는 분야가 전기화학을 이용한 발전, 축전 분야이다.Due to the rapid increase in the use of fossil fuels, the demand for the use of alternative energy or clean energy is increasing, and as part of that, the fields that are most actively studied are the fields of power generation and storage using electrochemistry.
현재 이러한 전기화학적 에너지를 이용하는 전기화학 소자의 대표적인 예로 이차전지를 들 수 있으며, 점점 더 그 사용 영역이 확대되고 있는 추세이다.Currently, a secondary battery is a representative example of an electrochemical device that uses such electrochemical energy, and its use area is gradually expanding.
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.Depending on the shape of the battery case, secondary batteries are classified into cylindrical and prismatic batteries in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical or rectangular metal can, and pouch-type batteries in which the electrode assembly is embedded in a pouch-shaped case of an aluminum laminate sheet. .
전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 및 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 스택/폴딩형 전극조립체로 구분된다.The electrode assembly built into the battery case is a power plant capable of charging and discharging composed of a stacked structure of a positive electrode/separator/cathode, and a jelly-roll type wound with a separator interposed between a long sheet-shaped positive electrode and negative electrode coated with an active material, and predetermined It is divided into a stacked (stacked) electrode assembly in which a plurality of sized anodes and cathodes are sequentially stacked with a separator interposed therebetween, and a stack/folding electrode assembly in a mixture of the jelly-roll type and the stack type.
그 중, 스택형 전극조립체는 판상형 구조적 특징으로 인해 사공간의 크기를 크게 줄인 상태로 적은 수의 연결부재에 의해 용이하게 전지팩을 제조할 수 있어, 가벼운 중량과 함께 제조비용이 저렴하고, 각형의 형태를 얻기 용이한 장점이 있다.Among them, the stack-type electrode assembly can easily manufacture a battery pack with a small number of connecting members in a state where the size of the dead space is greatly reduced due to the plate-shaped structural feature. There is an advantage in that it is easy to obtain the shape of.
상기 스택형 전극조립체는 양극, 분리막, 음극을 소정 크기로 절단한 다음에 이들을 차례로 적층하여 전극조립체를 형성한다. 이때 분리막은 양극과 음극의 사이마다 배치된다.In the stacked electrode assembly, an anode, a separator, and a cathode are cut into predetermined sizes and then stacked in order to form an electrode assembly. At this time, the separator is disposed between the anode and the cathode.
그러나, 스택형 전극조립체는 전극조립체를 구성하는 전극 단위(양극, 분리막 및 음극)가 서로 별개로 적층되고, 전극조립체를 정밀하게 정렬하는 것이 매우 어려울 뿐만 아니라, 전극조립체를 생산하기 위해 매우 많은 공정이 요구된다. 특히, 폴리올레핀 계열의 소재로 제조되는 분리막은 전극 슬러리와의 접착력이 약하므로, 적층된 전극조립체를 정렬하는 데 시간이 많이 소요되므로, 생산성이 낮다는 문제점을 가지고 있다.However, in the stacked electrode assembly, the electrode units (positive electrode, separator and negative electrode) constituting the electrode assembly are stacked separately from each other, and it is very difficult to precisely align the electrode assembly, and there are many processes to produce the electrode assembly. Is required. In particular, a separator made of a polyolefin-based material has a problem of low productivity, since it takes a lot of time to align the stacked electrode assemblies since the adhesion to the electrode slurry is weak.
상기 생산성을 높이기 위한 방법 중 하나로, 상기 분리막과 전극과의 접착력을 향상시키기 위해, 바인더나 첨가제와 같은 물질을 분리막에 코팅하여 이러한 문제점을 해결하고 있다.As one of the methods for increasing the productivity, in order to improve adhesion between the separator and the electrode, a material such as a binder or an additive is coated on the separator to solve this problem.
그러나, 상기 바인더는 분리막의 표면에 코팅될 뿐만 아니라, 상기 분리막 내의 기공 내에도 침투하여 분리막의 이온 통로 기능을 훼손하는 문제점을 갖고 있다.However, the binder has a problem that not only is coated on the surface of the separator, but also penetrates into the pores of the separator, thereby impairing the ion channel function of the separator.
또한, 전극과의 접착력을 강화하기 위해 무기물이 도포되는 분리막을 사용하는 경우에도, 분리막에 도포할 수 있는 무기물의 양은 한계가 있으며, 상기의 경우에도 무기물을 분리막에 고정시키기 위한 바인더의 사용이 요구되는 바, 결과적으로는 리튬 이온의 이동을 방해하는 요소가 된다.In addition, even when a separator coated with an inorganic substance is used to strengthen the adhesion to the electrode, the amount of inorganic substances that can be applied to the separator is limited, and in the above case, the use of a binder to fix the inorganic substance to the separator is required. As a result, it becomes an element that hinders the movement of lithium ions.
따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technology that can fundamentally solve these problems.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art and technical problems that have been requested from the past.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 분리막 각각의 일부 외주변에 분리막 상호간의 접합에 의한 실링부를 형성하는 경우, 소망하는 효과를 달성할 수 있는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.After in-depth research and various experiments, the inventors of the present application found that, as will be described later, in the case of forming a sealing part by bonding between the separators on a part of the outer periphery of each of the separators, the desired effect can be achieved. It confirmed, and came to complete the present invention.
따라서, 본 발명에 따른 전극조립체는, 집전체 상에 양극 슬러리가 도포되어 있는 양극판, 집전체 상에 음극 슬러리가 도포되어 있는 음극판, 및 분리막을 포함하는 스택형 구조로 이루어져 있고; 상기 스택형 구조를 형성하는 복수의 분리막들은 분리막 각각의 일부 외주변에 분리막 상호간의 접합에 의한 실링부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.Accordingly, the electrode assembly according to the present invention has a stacked structure including a positive electrode plate coated with a positive electrode slurry on a current collector, a negative electrode plate coated with a negative electrode slurry on the current collector, and a separator; The plurality of separation membranes forming the stacked structure is characterized in that a sealing portion formed by bonding between the separation membranes is formed around a portion of each of the separation membranes.
종래 기술에 따르면, 전극 슬러리와 분리막의 접착력을 강화시키기 위해 전극의 슬러리와 분리막 사이에 바인더를 도포하였으나, 상기 바인더가 오히려 저항으로 작용하여, 리튬 이온의 전달을 가로막는 문제가 있었다.According to the prior art, a binder is applied between the slurry of the electrode and the separator in order to strengthen the adhesion between the electrode slurry and the separator, but the binder acts as a resistance rather, and there is a problem that it blocks the transfer of lithium ions.
반면에, 본 발명에 따른 전극조립체는, 분리막 각각의 일부 외주변에 분리막 상호간이 접합된 실링부가 형성되어 있으므로, 상기 분리막이 전극 슬러리를 고정하여, 바인더를 분리막에 도포하지 않고도 전극 활물질의 탈착을 방지할 수 있다.On the other hand, in the electrode assembly according to the present invention, since a sealing part in which the separation membranes are bonded to each other is formed on a part of the outer periphery of each of the separation membranes, the separation membrane fixes the electrode slurry to prevent the desorption of the electrode active material without applying a binder to the separation membrane. Can be prevented.
상기 전극조립체에서, 상기 분리막들은 실링부를 따라 서로 접합되어 있고, 상기 양극판 또는 음극판은 접합된 두 장의 분리막 사이에 위치할 수 있다.In the electrode assembly, the separators are bonded to each other along a sealing part, and the positive or negative plate may be positioned between the two bonded separators.
하나의 구체적인 예에서, 상기 분리막의 두께는 10 ㎛ 내지 25 ㎛ 일 수 있다.In one specific example, the thickness of the separator may be 10 μm to 25 μm.
만일, 상기 분리막의 두께가 25 ㎛를 초과할 경우에는, 분리막의 두께가 저항으로 작용하므로, 리튬 이온이 원활하게 분리막을 통과하기 어렵다. If the thickness of the separator exceeds 25 µm, since the thickness of the separator acts as a resistance, it is difficult for lithium ions to pass smoothly through the separator.
반대로, 상기 분리막의 두께가 10 ㎛ 미만인 경우에는, 분리막의 두께가 너무 얇으므로, 충방전 과정에서 분리막이 수축되는 경우 쇼트의 발생이 높아질 수 있는 바, 전지의 안전성이 저하될 수 있다.Conversely, when the thickness of the separator is less than 10 μm, the thickness of the separator is too thin, and thus, when the separator is contracted during charging and discharging, the occurrence of a short may increase, and the safety of the battery may be degraded.
한편, 상기 분리막의 실링부는 분리막 상호간의 열융착에 의해 형성되어 있을 수 있다. 구체적으로, 상기 분리막의 일부 외주변에 녹는점 이상의 열을 가하여 실링부를 형성할 수 있다.Meanwhile, the sealing portion of the separation membrane may be formed by thermal fusion between the separation membranes. Specifically, a sealing part may be formed by applying heat equal to or higher than the melting point to a part of the outer periphery of the separation membrane.
또한, 상기 분리막의 실링부는 분리막 상호 간의 접착에 의해 형성될 수 있다. 상기 분리막 상호 간의 접착을 위한 물질은 크게 제한되지 않으나, 예를 들면, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 및 아크릴계 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.In addition, the sealing portion of the separator may be formed by adhesion between the separators. The material for adhesion between the separators is not largely limited, but for example, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, Selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluorine rubber, and acrylic copolymer It can be one or more.
구체적으로, 본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 상기 분리막들 각각은 튜브형 분리막으로 이루어져 있고, 상기 튜브형 분리막에서 일측 개방 단부의 외주변이 접합되어 실링부를 형성하고 있으며, 개방된 타측 단부를 통해 하나의 전극판이 도입되어 있는 구조일 수 있다.Specifically, according to the first embodiment of the present invention, each of the separators is made of a tubular separator, and the outer periphery of one open end of the tubular separator is joined to form a sealing part, and one through the other open end. It may have a structure in which the electrode plate of is introduced.
튜브형 분리막을 사용하면, 기존의 시트형 분리막을 사용하여 제조하는 것과 비교할 때, 튜브형 분리막이 개방된 방향 중 전극판이 도입되는 방향과 대향되는 외주변에만 실링부를 형성하면 되므로, 실링부의 수를 줄일 수 있고, 실링부를 형성하는 공정이 줄어들어 소요시간도 감소되므로, 상기 분리막을 사용하는 전극조립체의 제조 생산성이 향상될 수 있다.When a tubular separator is used, compared to a conventional sheet-shaped separator, the number of seals can be reduced because the sealing part only needs to be formed on the outer periphery of the open direction of the tubular separator opposite to the direction in which the electrode plate is introduced. , Since the process of forming the sealing part is reduced and the required time is also reduced, the productivity of manufacturing the electrode assembly using the separator may be improved.
본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 상기 분리막들 각각은 시트형 분리막으로 이루어져 있고, 상기 시트형 분리막의 중심을 통과하는 선을 따라 180도 수평 절곡되어 있으며, 상기 수평 절곡된 부위의 양측 인접 외주변들이 각각 접합되어 실링부들을 형성하고 있고, 개방된 외주변을 통해 하나의 전극판이 도입되어 있는 구조일 수 있다.According to a second embodiment of the present invention, each of the separators is made of a sheet-like separator, is horizontally bent 180 degrees along a line passing through the center of the sheet-like separator, and adjacent outer peripheries at both sides of the horizontally bent portion are Each of them is bonded to form sealing portions, and may have a structure in which one electrode plate is introduced through an open outer periphery.
본 발명의 제 3 실시예에 따르면, 상기 분리막들 각각은 시트형 분리막으로 이루어져 있고, 상기 시트형 분리막의 중심을 통과하는 선을 따라 180도 수평 절곡되어 있으며, 상기 수평 절곡된 부위의 일측 인접 외주변과 수평 절곡된 부위의 대향측 외주변이 각각 접합되어 실링부들을 형성하고 있고, 개방된 외주변을 통해 하나의 전극판이 도입되어 있는 구조일 수 있다.According to a third embodiment of the present invention, each of the separators is made of a sheet-type separator, is horizontally bent 180 degrees along a line passing through the center of the sheet-type separator, and an adjacent outer periphery of one side of the horizontally bent portion The outer peripheries of the opposite side of the horizontally bent portion are respectively bonded to form sealing portions, and one electrode plate may be introduced through the open outer periphery.
상기 제 2 및 제 3 실시예의 경우, 시트형 분리막 위에 전극판을 적층한 후 수평 절곡시킨 분리막을 접합하여 실링부를 형성하므로, 대면적 전극판을 사용하여 제조하는 경우에 적용하는 것이 더욱 바람직하다.In the case of the second and third embodiments, since the electrode plate is laminated on the sheet-shaped separator and then the horizontally bent separator is bonded to form a sealing part, it is more preferable to apply it to the case of manufacturing a large-area electrode plate.
본 발명의 제 4 실시예에 따르면, 복수의 튜브형 분리막들이 적층된 상태에서, 일측 개방 단부의 외주변들이 함께 접합되어 실링부를 형성할 수 있다. 이 경우, 각 전극별로 실링부를 형성하는 것이 아닌, 전극조립체의 실링부를 한번에 형성할 수 있으므로, 전극조립체의 실링부 형성 및 조립과정이 더욱 간소해지는 효과가 있다. According to the fourth embodiment of the present invention, in a state in which a plurality of tubular separators are stacked, outer peripheries of one open end may be joined together to form a sealing part. In this case, since the sealing part of the electrode assembly can be formed at once instead of forming the sealing part for each electrode, there is an effect that the sealing part forming and assembling process of the electrode assembly is further simplified.
이와 함께, 상기 분리막은 무기물 코팅부를 추가로 더 포함할 수 있다. 상기 무기물 코팅부는 무기물 입자 및 상기 무기물 입자를 분리막에 고정시키기 위한 용도의 바인더를 포함할 수 있으나, 상기 분리막의 실링부를 통해 전극판의 위치가 고정되므로, 기존 대비 바인더를 50% 이상 적게 사용하면서도 분리막을 전극판에 밀착시킬 수 있다.In addition, the separation membrane may further include an inorganic coating. The inorganic coating unit may include inorganic particles and a binder for fixing the inorganic particles to the separation membrane, but since the position of the electrode plate is fixed through the sealing unit of the separation membrane, the separator is used less than 50% compared to the existing Can be brought into close contact with the electrode plate.
상세하게는, 상기 무기물 입자는 (a) 압전성(piezoelectricity)을 갖는 무기물 입자, 및 (b) 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.Specifically, the inorganic particles may be at least one selected from the group consisting of (a) inorganic particles having piezoelectricity, and (b) inorganic particles having lithium ion transfer capability.
상기 압전성(piezoelectricity) 무기물 입자는 상압에서는 부도체이나, 일정 압력이 인가되었을 경우 내부 구조 변화에 의해 전기가 통하는 물성을 갖는 물질을 의미하는 것으로서, 유전율 상수가 100 이상인 고유전율 특성을 나타낼 뿐만 아니라 일정 압력을 인가하여 인장 또는 압축되는 경우 전하가 발생하여 한 면은 양으로, 반대편은 음으로 각각 대전됨으로써, 양쪽 면 간에 전위차가 발생하는 기능을 갖는 물질이다.The piezoelectricity inorganic particles are non-conductors at normal pressure, but when a certain pressure is applied, they refer to a material having physical properties that allow electricity to flow through changes in the internal structure, and not only exhibit high dielectric constant properties of 100 or more, but also a constant pressure. When tensioned or compressed by applying, electric charges are generated, and one side is positively charged and the other side is negatively charged, thereby generating a potential difference between both sides.
상기와 같은 특징을 갖는 무기물 입자를 사용하는 경우, 침상 도체와 같은 외부 충격에 의해 양(兩) 전극의 내부 단락이 발생하는 경우 무기물 입자로 인해 양극과 음극이 직접 접촉하지 않을 뿐만 아니라, 무기물 입자의 압전성으로 인해 입자 내 전위차가 발생하게 되고 이로 인해 양(兩) 전극 간의 전자 이동, 즉 미세한 전류의 흐름이 이루어짐으로써, 완만한 전지의 전압 감소 및 이로 인한 안전성 향상을 도모할 수 있다.In the case of using inorganic particles having the above characteristics, when an internal short circuit of the positive electrode occurs due to an external impact such as a needle-shaped conductor, not only the positive electrode and the negative electrode are in direct contact due to the inorganic particles, but also the inorganic particles Due to the piezoelectricity of, a potential difference in the particles occurs, and thus electron movement between the positive electrodes, that is, a flow of a minute current, can be achieved, thereby reducing the voltage of the battery gently and thereby improving the safety.
상기 압전성을 갖는 무기물 입자의 예로는 BaTiO3, PZT (Pb(Zr,Ti)O3), PLZT (Pb1-xLaxZr1-yTiyO3, 0<x<1, 0<y<1), PMN-PT (PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3), 산화하프늄 (HfO2)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the piezoelectric inorganic particles include BaTiO 3 , PZT (Pb(Zr,Ti)O 3 ), PLZT (Pb 1-x La x Zr 1-y Ti y O 3 , 0<x<1, 0<y <1), PMN-PT (PB (Mg 3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 ), hafnium oxide (HfO 2 ) may be one or more selected from the group consisting of, but is not limited thereto.
상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는 리튬 원소를 함유하되 리튬을 저장하지 아니하고 리튬 이온을 이동시키는 기능을 갖는 무기물 입자를 지칭하는 것으로서, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는 입자 구조 내부에 존재하는 일종의 결함(defect)으로 인해 리튬 이온을 전달 및 이동시킬 수 있기 때문에, 전지 내 리튬 이온 전도도가 향상되고, 이로 인해 전지 성능 향상을 도모할 수 있다.The inorganic particles having a lithium ion transfer ability refer to inorganic particles containing a lithium element but not storing lithium and having a function of moving lithium ions, and the inorganic particles having a lithium ion transfer ability exist inside the particle structure. Since lithium ions can be transferred and moved due to a kind of defect, the lithium ion conductivity in the battery is improved, and thus, battery performance can be improved.
상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자의 예로는 리튬포스페이트(Li3PO4), 리튬티타늄포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0<x<2, 0<y<3), 리튬알루미늄티타늄포스페이트 (LixAlyTiz(PO4)3, 0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), (LiAlTiP)xOy 계열 glass(0<x<4, 0<y<13), 리튬란탄티타네이트 (LixLayTiO3, 0<x<2, 0<y<3), 리튬게르마니움티오포스페이트 (LixGeyPzSw, 0<x<4, 0<y<1, 0<z<1, 0<w<5), 리튬나이트라이드 (LixNy, 0<x<4, 0<y<2), SiS2 (LixSiySz, 0<x<3, 0<y<2, 0<z<4) 계열 glass 및 P2S5 (LixPySz, 0<x<3, 0<y< 3, 0<z<7) 계열 glass로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the inorganic particles having the lithium ion transfer ability include lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium titanium phosphate (Li x Ti y (PO 4 ) 3 , 0<x<2, 0<y<3), lithium aluminum Titanium phosphate (Li x Al y Ti z (PO 4 ) 3 , 0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), (LiAlTiP) x O y series glass(0<x<4, 0) <y<13), lithium lanthanum titanate (Li x La y TiO 3 , 0<x<2, 0<y<3), lithium germanium thiophosphate (Li x Ge y P z S w , 0<x <4, 0<y<1, 0<z<1, 0<w<5), lithium nitride (Li x N y , 0<x<4, 0<y<2), SiS 2 (Li x Si y S z , 0<x<3, 0<y<2, 0<z<4) series glass and P 2 S 5 (Li x P y S z , 0<x<3, 0<y< 3, 0 <z<7) may be one or more selected from the group consisting of glass, but is not limited thereto.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 포함하는 전지팩 및 상기 전지팩을 전원으로서 포함하는 디바이스를 제공한다.The present invention also provides a battery pack including the battery cell and a device including the battery pack as a power source.
상기 디바이스는, 예를 들어, 노트북 컴퓨터, 넷북, 태블릿 PC, 휴대폰, MP3, 웨어러블 전자기기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV), 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter), 전기 골프 카트(electric golf cart), 또는 전력저장용 시스템일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.The devices include, for example, notebook computers, netbooks, tablet PCs, mobile phones, MP3s, wearable electronic devices, power tools, electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs). , Plug-in Hybrid Electric Vehicle (PHEV), Electric Bike (E-bike), Electric Scooter (E-scooter), Electric Golf Cart, or Power Storage System However, of course, it is not limited to these only.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.Since the structure and manufacturing method of such a device are well known in the art, detailed descriptions thereof are omitted herein.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체는, 분리막 각각의 일부 외주변에 접합에 의한 실링부가 형성되어, 바인더의 사용 없이도 분리막과 전극 슬러리를 충분히 고정 및 밀착시킬 수 있으므로, 제조 공정성이 향상되고, 바인더의 미사용으로 인해 분리막의 이온 통로 기능이 원활해지므로, 전극조립체의 용량 및 충방전 특성이 향상되는 효과가 있다.As described above, in the electrode assembly according to the present invention, a sealing part by bonding is formed on the outer periphery of each of the separators, so that the separator and the electrode slurry can be sufficiently fixed and adhered to each other without the use of a binder, thereby improving manufacturing processability. In addition, since the ion channel function of the separator is smoothed due to non-use of the binder, the capacity and charge/discharge characteristics of the electrode assembly are improved.
도 1은 일반적인 전지셀의 전극조립체와 전지케이스를 모식적으로 나타낸 사시도이다;
도 2는 도 1의 전극조립체의 수직단면도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 수직단면도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 분리막 및 전극판이 결합하는 과정을 모식적으로 나타낸 평면도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 분리막 및 전극판이 결합하는 과정을 모식적으로 나타낸 평면도이다;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 분리막 및 전극판이 결합하는 과정을 모식적으로 나타낸 평면도이다;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 분리막이 접합되는 과정을 모식적으로 나타낸 평면도이다;
도 8은 도 7의 분리막이 접합된 전극조립체를 모식적으로 나타낸 수직단면도이다.1 is a perspective view schematically showing an electrode assembly and a battery case of a general battery cell;
2 is a vertical cross-sectional view of the electrode assembly of FIG. 1;
3 is a vertical cross-sectional view of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention;
4 is a plan view schematically showing a process in which a separator of an electrode assembly and an electrode plate are combined according to another embodiment of the present invention;
5 is a plan view schematically showing a process in which a separator and an electrode plate of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention are combined;
6 is a plan view schematically showing a process in which a separator and an electrode plate of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention are combined;
7 is a plan view schematically showing a process of bonding a separator of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention;
8 is a vertical cross-sectional view schematically showing the electrode assembly to which the separator of FIG. 7 is bonded.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, it will be described with reference to the drawings according to an embodiment of the present invention, but this is for an easier understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
도 1에는 일반적인 전지셀의 전극조립체와 전지케이스의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 전극조립체의 수직단면도가 모식적으로 도시되어 있다.FIG. 1 schematically shows a perspective view of an electrode assembly and a battery case of a general battery cell, and FIG. 2 schematically shows a vertical cross-sectional view of the electrode assembly of FIG. 1.
우선, 도 1을 참조하면, 전극조립체(10)은 적층부(11), 전극 탭(12, 13), 전극 리드(16, 17), 및 리드테이프(14, 15)를 포함하고 있고, 전지케이스(20)은 전극조립체 수납부(21), 라미네이트 시트의 외부 피복층(22), 내부 실란트층(23), 및 커버부(24)를 포함하고 있다.First, referring to FIG. 1, the
구체적으로, 전극조립체(10)은 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조가 둘 이상 반복적으로 적층되어 있는 판상형의 적층부(11)를 포함하고 있으며, 양극과 음극 집전체에 형성되어 있는 전극 탭들(12, 13)이 전극조립체(10)의 상대적으로 좁은면에 돌출되어 있다.Specifically, the
동일한 극성의 전극 탭들(12, 13)이 각각 군집을 이루고 있으며, 각각의 전극 탭들(12, 13)은 전극 리드(16, 17)와 전기적으로 연결되어 있고, 전극 리드(16, 17)에는 전지케이스(200)과의 밀봉성을 향상시키기 위한 리드테이프(14, 15)가 부착되어 있다.The
전지케이스(20)는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 케이스로, 라미네이트 시트의 외부에는 내후성 고분자로 이루어진 피복층(22), 내부에는 열융착성 고분자로 이루어진 실란트층(23)이 형성되어 있으며, 외부 피복층(22)과 내부 실란트층(23)의 사이에는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는 베리어층이 형성되어 있다.The
전지케이스(20)에는 전극조립체(10)와 전해액을 함께 수납할 수 있도록, 전극조립체 수납부(21)가 형성되어 있고, 전극조립체(10)와 전해액을 수납한 채로, 커버부(24)로 전극조립체 수납부(21)를 덮은 다음, 내부 실란트층(23)을 열융착하여 밀봉하면, 하나의 독립된 전지셀을 제조할 수 있다.In the
도 2를 참조하면, 전극조립체(10)는 음극판들(30), 양극판들(40), 및 분리막들(60)을 포함하고 있다. 상기 전극조립체는 스택형 구조를 가지고, 음극판과 양극판이 접촉하는 것을 막기 위해 각 전극판 사이에 분리막이 개재되어 있으며, 상기 분리막이 각 전극판의 슬러리(도시되지 않음)와 밀착될 수 있도록, 분리막과 슬러리 사이에는 바인더(도시되지 않음)가 도포되어 있다.Referring to FIG. 2, the
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 수직단면도가 모식적으로 도시되어 있다.3 schematically shows a vertical cross-sectional view of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 2장의 분리막(160)이 한 쌍을 이루어 한 장의 전극판(130, 140)을 감싸고 있으며, 상기 한 쌍의 분리막의 일부 외주변에는 분리막이 상호 접합되어 실링부(161)가 형성되어 있다. 상기 전극판은 양극판 또는 음극판 모두 해당되며, 실링부가 형성되는 외주변은, 분리막이 전극판과 맞닿지 않는 영역 내에 존재하는 것이 적절하다.Referring to FIG. 3, two
도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 분리막 및 전극판이 도입되는 과정을 나타낸 평면도가 모식적으로 도시되어 있다.4 is a plan view schematically showing a process in which a separator and an electrode plate of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention are introduced.
도 4를 참조하면, 전극조립체(200)는 실링부(261)를 포함하는 튜브형 분리막(260)을 포함하고 있고, 상기 튜브형 분리막의 개방된 타측 단부(265)를 통해 하나의 전극판(240)이 도입되고 있다.4, the
구체적으로, 튜브형 분리막(260)에서, 개방된 단부 중 일측의 외주변을 접합하여 실링부(261)가 형성되고, 상기 실링부와 함께 튜브형 분리막 내에 생성되는 공간에 전극판(240)을 도입하여, 튜브형 분리막이 전극판을 감싸도록 한다.Specifically, in the
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 분리막 및 전극판이 결합하는 과정을 나타낸 평면도가 모식적으로 도시되어 있다.5 is a plan view schematically showing a process in which a separator and an electrode plate of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention are combined.
도 5를 참조하면, 전극조립체(300)는 실링부(361, 362)를 포함하는 시트형 분리막(360)을 포함하고 있고, 개방된 외주변(365)을 통해 전극판(340)이 도입되고 있다.Referring to FIG. 5, the
구체적으로, 시트형 분리막(360)의 면적을 이등분 할 수 있도록, 상기 시트형 분리막의 중심을 통과하는 선을 설정하여, 상기 선을 따라 분리막을 180도 수평 절곡시킨다. 그 후, 상기 절곡된 부위와 인접한 두 외주변을 각각 접합하여 실링부(361, 362)를 형성하고, 남은 개방된 외주변(365)을 통해 전극판을 도입시킨다.Specifically, a line passing through the center of the sheet-
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 분리막 및 전극판이 결합하는 과정을 나타낸 평면도가 모식적으로 도시되어 있다.6 is a plan view schematically showing a process in which a separator of an electrode assembly and an electrode plate are combined according to another embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 시트형 분리막(460)을 동일하게 180도 수평 절곡시킨 후, 상기 절곡된 부위와 인접된 한 개의 외주변(461) 및 절곡된 부위의 대향측 외주변(463)을 각각 접합하여 실링부를 형성하고, 남은 개방된 외주변(465)을 통해 전극판을 도입시켜 전극조립체(400)를 제조한다.Referring to FIG. 6, after the sheet-shaped
도 6에는 실링부가 형성되는 구역으로서 하단부를 절곡된 부위와 인접된 외주변(461)으로 도시하였으나, 상기 외주변은 제조 공정과 전극 탭의 위치의 변경에 따라 특별히 제한되지 않는다.In FIG. 6, the lower portion is shown as an
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체(500)의 분리막이 접합되는 과정을 나타낸 평면도가 모식적으로 도시되어 있다.7 is a plan view schematically showing a process of bonding a separator of an
도 7을 참조하면, 복수의 튜브형 분리막(560)들이 적층되어 있고, 상기 분리막의 일측 개방 단부가 접합되어 실링부(561)를 형성하고 있다.Referring to FIG. 7, a plurality of
구체적으로, 전극판(565)이 도입된 튜브형 분리막(560)이 복수개 적층되어 전극조립체(500)를 형성한 상태에서, 상기 튜브형 분리막의 두 개방 단부 중 전극판이 도입되지 않은 방향의 외주변들을 함께 접합하여 실링부(561)를 형성하였다.Specifically, in the state in which the
도 8에는 도 7의 분리막이 접합된 전극조립체의 수직단면도가 모식적으로 도시되어 있다.8 schematically shows a vertical cross-sectional view of the electrode assembly to which the separator of FIG. 7 is bonded.
도 7 및 도 8을 참조하면, 도 7에서 분리막(560)의 일측 개방 단부의 외주변을 함께 접합하여 실링부(561)를 형성하므로, 튜브형 분리막의 실링부를 전극판별로 제조하는 것보다 실링부를 더욱 강력하게 고정할 수 있으며, 전극조립체(500)에서 각 외주변 별로 실링부가 1개씩만 존재하게 되므로, 전지의 외관도 개선된다.7 and 8, the sealing
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Although the above description has been made with reference to the drawings according to the embodiments of the present invention, a person of ordinary skill in the field to which the present invention belongs will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.
Claims (14)
상기 스택형 구조를 형성하는 복수의 분리막들은 분리막 각각의 일부 외주변에 분리막 상호간의 접합에 의한 실링부가 형성되며,
상기 분리막의 두께는 10 ㎛ 내지 25 ㎛ 이고,
상기 분리막의 실링부는 분리막 상호간의 일부 외주변에 녹는점 이상의 열을 가해 열융착에 의해 형성되며,
상기 분리막들 각각은 튜브형 분리막으로 이루어져 있고;
상기 튜브형 분리막에서 일측 개방 단부의 외주변이 접합되어 실링부를 형성하고 있으며;
개방된 타측 단부를 통해 하나의 전극판이 도입되어 있는 구조이고,
복수의 튜브형 분리막들이 적층된 상태에서, 일측 개방 단부의 외주변들이 함께 접합되어 실링부를 형성하고 있으며,
각 외주변 별로 실링부가 1개씩만 존재하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 전극조립체.It has a stacked structure including a positive electrode plate coated with a positive electrode slurry on a current collector, a negative electrode plate coated with a negative electrode slurry on the current collector, and a separator;
The plurality of separation membranes forming the stacked structure has a sealing portion formed on the outer periphery of each of the separation membranes by bonding between the separation membranes,
The thickness of the separator is 10 ㎛ to 25 ㎛,
The sealing part of the separation membrane is formed by thermal fusion by applying heat above the melting point to some outer peripheries of the separation membranes,
Each of the separators is made of a tubular separator;
The outer periphery of one open end of the tubular separator is joined to form a sealing portion;
It is a structure in which one electrode plate is introduced through the other open end,
In a state in which a plurality of tubular separators are stacked, the outer peripheries of one open end are joined together to form a sealing part,
Pouch-type secondary battery electrode assembly, characterized in that only one sealing part is present for each outer periphery.
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