KR102221635B1 - 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 - Google Patents

전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 Download PDF

Info

Publication number
KR102221635B1
KR102221635B1 KR1020180020028A KR20180020028A KR102221635B1 KR 102221635 B1 KR102221635 B1 KR 102221635B1 KR 1020180020028 A KR1020180020028 A KR 1020180020028A KR 20180020028 A KR20180020028 A KR 20180020028A KR 102221635 B1 KR102221635 B1 KR 102221635B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
active material
material layer
substrate
protrusion
Prior art date
Application number
KR1020180020028A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190099935A (ko
Inventor
고영산
김기준
김유현
이준식
장운석
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020180020028A priority Critical patent/KR102221635B1/ko
Priority to US16/276,743 priority patent/US10873103B2/en
Publication of KR20190099935A publication Critical patent/KR20190099935A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102221635B1 publication Critical patent/KR102221635B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/045—Cells or batteries with folded plate-like electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0436—Small-sized flat cells or batteries for portable equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/497—Ionic conductivity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/534—Electrode connections inside a battery casing characterised by the material of the leads or tabs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/536—Electrode connections inside a battery casing characterised by the method of fixing the leads to the electrodes, e.g. by welding
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체는 권회축을 중심으로 권취된 전극 조립체에 있어서, 전극 조립체는 제1 활물질층이 제1 기재의 양면에 각각 형성되어 있는 제1 소전극부, 상기 제1 활물질층이 상기 제1 기재의 일면에 형성되어 있는 제2 소전극부, 상기 제1 소전극부로부터 연장된 제1 전극 무지부를 포함하는 제1 전극, 제2 활물질층이 제2 기재의 양면에 각각 형성되어 있는 제3 소전극부, 상기 제2 활물질층이 상기 제2 기재의 일면에 형성되어 있는 제4 소전극부, 상기 제3 소전극부로부터 연장된 제2 전극 무지부를 포함하는 제2 전극, 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함하고, 제3 소전극부에 위치하는 상기 제2 활물질층은 다른 부분에 비해서 상대적으로 돌출한 돌출부를 포함하고, 제3 소전극부를 중심으로 양측에 위치하는 상기 제1 활물질층의 단부로부터 상기 돌출부까지의 거리는 0 초과 3mm이하이다.

Description

전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지{ELECTRODE ASSEMBLY AND RECHARGEABLE BATTERY INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전극 조립체에 관한 것으로, 특히 이차 전지용 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
이차전지는 전기에너지를 화학에너지의 형태로 바꾸어 저장할 수 있는 우수한 에너지 밀도를 제공하는 전력 저장 시스템이다. 재충전이 불가능한 일차전지에 비해 이차전지는 재충전이 가능하여 스마트폰, 노트북, 타블렛 PC 등 IT 기기에 많이 사용되고 있다.
최근에는 환경문제와 화석연료 고갈문제로 인해 전기자동차에 대한 관심이 높아졌고, 이에 따라 전기자동차의 배터리를 이차전지로 사용하는 추세에 있다. 이차전지는 이러한 추세에 따라 고밀도, 고출력, 안전성 등의 특성이 요구되고 있다.
한편, 이차 전지는 양극, 음극 및 세퍼레이트가 적층된 전극 조립체를 포함하며, 양극 및 음극은 금속으로 이루어지는 기재 위에 형성된 활물질층을 포함한다.
이때, 활물질층은 이차 전지의 균일한 특성을 얻기 위해서, 기재 위에 균일한 두계로 형성되며 다이 코터(die coater), 슬릿 코터(die coater) 등의 도포 장치를 이용하여 기재 위에 도포될 수 있다.
활물질층은 슬러리 상태로 도포되며, 도포 장치에서 도포가 끝난 후 도포 장치를 활물질층으로부터 분리할 때 이미 도포된 활물질층이 도포 장치의 노즐 등에 딸려 올라와 돌출부가 형성될 수 잇다.
고밀도, 고출력 등을 요구하는 이차 전지의 특성상 활물질층을 도포하는 로딩 레벨 및 활물질층의 밀도도 증가한다. 활물질을 도포하는 활물질층의 로딩 레벨이 증가하고, 활물질층의 밀도가 증가할수록 활물질층의 단부에서 돌출부의 크기 및 생성률이 증가한다.
이러한 돌출부는 불균일하게 생성될 수 있으며, 리튬 석출 및 부반응을 일으켜 전지의 특성을 떨어뜨린다.
따라서, 본 발명은 슬러리 도포로 활물질층을 형성할 때, 돌출부가 형성되더라도 이로 인한 전지의 특성이 감소되는 것을 방지할 수 있는 전극 조립체를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체는 권회축을 중심으로 권취된 전극 조립체에 있어서, 전극 조립체는 제1 활물질층이 제1 기재의 양면에 각각 형성되어 있는 제1 소전극부, 상기 제1 활물질층이 상기 제1 기재의 일면에 형성되어 있는 제2 소전극부, 상기 제1 소전극부로부터 연장된 제1 전극 무지부를 포함하는 제1 전극, 제2 활물질층이 제2 기재의 양면에 각각 형성되어 있는 제3 소전극부, 상기 제2 활물질층이 상기 제2 기재의 일면에 형성되어 있는 제4 소전극부, 상기 제3 소전극부로부터 연장된 제2 전극 무지부를 포함하는 제2 전극, 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함하고, 제3 소전극부에 위치하는 상기 제2 활물질층은 다른 부분에 비해서 상대적으로 돌출한 돌출부를 포함하고, 제3 소전극부를 중심으로 양측에 위치하는 상기 제1 활물질층의 단부로부터 상기 돌출부까지의 거리는 0초과 3mm이하이다.
상기 제3 소전극부는 상대적으로 상기 권회축과 인접한 상기 선단에 위치할 수 있다.
상기 돌출부는 상기 제3 소전극부의 제2 기재를 중심으로 반대편에 각각 위치하는 제1 돌출부와 제2 돌출부를 포함하고, 제2 기재를 관통하는 방향의 상기 제1 돌출부의 중심선과 상기 제2 돌출부의 중심선은 동일선상에 위치할 수 있다.
상기 제1 돌출부의 중심선과 상기 제2 돌출부의 중심선 사이의 거리는 3mm이하로 이격될 수 있다.
상기 제2 전극은 음극일 수 있다.
상기 돌출부는 상기 전극 조립체의 평탄부에 위치할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 상기한 전극 조립체, 전해액과 함께 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스를 포함한다.
본 발명에서와 같이 활물질층을 형성할 때 형성되는 돌출부와 이격되어 상대전극의 활물질층 단부를 배치하면, 리튬 석출이 발생하지 않는 이차 전지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지의 개략적인 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 전극 조립체의 개략적인 횡단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 전극 조립체의 제1 전극 및 2 전극의 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 제1 전극 및 제2 전극의 단면도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 활물질층을 형성하는 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 2의 Q 부분을 확대 도시한 확대도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사용 후, 촬영한 사진이다.
도 11은 종래 기술에 따른 이차 전지의 사용 후, 촬영한 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 그리고, "제 1", "제 2", 및 "제 3" 등의 서수는 구성요소들 간의 혼동을 피하기 위하여 사용된다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지의 개략적인 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 전극 조립체의 개략적인 횡단면도이고, 도 3은 도 2에 도시한 전극 조립체의 제1 전극 및 2 전극의 평면도이고, 도 4는 도 3에 도시한 제1 전극 및 제2 전극의 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지(1000)는 전극 조립체(100) 및 케이스(200)를 포함한다.
도 1 및 2를 참조하면, 전극 조립체(100)는 제1 전극(121), 제2 전극(122), 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이에 위치하는 세퍼레이터(123)를 포함한다. 세퍼레이터(123)는 절연을 위한 것으로, 제1 전극(121), 세퍼레이터(123), 제2 전극(122), 세퍼레이터(123) 순으로 적층될 수도 있다.
전극 조립체(101)는 제1 전극(121), 세퍼레이터(123) 및 제2 전극(122)이 적층된 상태로 권회축(XL, 도 1참조)을 중심으로 권취된 젤리롤(jelly roll) 형태일 수 있다. 필요에 따라서 전극 조립체(101)는 권취된 후 납작하게 가압될 수 있으며, 권회축(XL)을 가로 지르는 수직한 방향으로 자른 횡단면이 대략 타원형일 수 있다.
이하에서는, 권회축(XL)을 중심으로 제1 전극(121)과 제2 전극(122)을 감을 때 권회축(XL)에 인접한 단부를 선단이라 하고, 상대적으로 멀리 위치하는 단부를 종단이라 한다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 전극(121)은 제1 전극 활성부(11a)와 제1 전극 무지부(11b) 를 포함하고, 제2 전극(122)은 제2 전극 활성부(12a) 및 제2 전극 무지부(12b)를 포함한다.
제1 전극 활성부(11a)는 제1 기재(11a1)와 제1 기재(11a1)의 적어도 일면에 형성되어 있는 제1 활물질층(11a2)을 포함하는 제1 소전극부(S1)와 제2 소전극부(S2)를 포함하고, 제2 전극 활성부(12a)는 제2 기재(12a1)와 제2 기재(12a1)의 적어도 일면에 형성되어 있는 제2 활물질층(12a2)을 포함하는 제3 소전극부(S3)와 제4 소전극부(S4)를 포함한다.
이때, 제1 소전극부(S1)는 제1 기재(11a1)와 제1 기재(11a1)의 양면(11a1A, 11a1B)에 형성되어 있는 제1 활물질층(11a2)을 포함하고, 제2 소전극부(S2)는 제1 기재(11a1)와 제1 기재(11a1)의 일면에 형성되어 있는 제1 활물질층(11a2)을 포함한다.
그리고 제3 소전극부(S3)는 제2 기재(12a1)와 제2 기재(12a1)의 양면(12a1A, 12a1B)에 형성되어 있는 제2 활물질층(12a2)을 포함하고, 제4 소전극부(S4)는 제2 기재(12a1)와 제2 기재(12a1)의 일면에 형성되어 있는 제2 활물질층(12a2)을 포함한다. 제1 기재(11a1) 및 제2 기재(12a1)는 띠 형상의 금속 포일(foil) 로 형성될 수 있다.
제2 소전극부(S2)는 제1 전극(121)의 종단에 위치하고, 제4 소전극부(S4)는 제2 전극(122)의 선단에 위치할 수 있다.
제1 기재(11a1)는 제1 활물질층(11a2)에서 발생하는 전하의 이동 통로를 제공하고, 제1 활물질층(11a2)을 지지한다.
제1 전극(121)은 양극일 수 있으며, 제1 기재(11a1)는 전도성이 우수한 금속 박판, 예를 들어 알루미늄 포일(foil) 또는 메쉬 구조를 가질 수 있다. 제1 활물질층(11a2)은 전극 활물질, 바인더, 도전체 등을 포함하는 전극 합재를 용매에 분산시켜 슬러리 형태로 만든 다음, 이를 제1 기재(11a1)의 적어도 일면에 도포한 후 건조 및 압축하여 형성될 수 있다.
제1 전극 활물질층의 전극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)을 사용할 수 있으며, 구체적으로는 코발트, 망간, 니켈, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 금속과 리튬과의 복합 산화물 중 1종 이상의 것을 사용할 수 있다.　
제2 기재(12a1)는 제2 활물질층(12a2)에서 발생하는 전하의 이동 통로를 제공하고, 제2 활물질층(12a2)을 지지한다.
제2 전극(122)은 음극일 수 있으며, 제2 기재(12a1)는 전도성이 우수한 금속 박판, 예를 들어 구리 포일 또는 니켈 포일이나 메쉬로 구조를 가질 수 있다. 제2 기재의 두께는 8㎛이하일 수 있다.
제2 활물질층(12a2)은 전극 활물질, 바인더, 도전재 등으로 이루어진 전극 합재에 용매를 분산시켜 슬러리 형태로 만든 다음, 이를 제2 기재(12a1)의 적어도 일면에 도포한 후 건조 및 압축하여 형성할 수 있다.
제2 활물질층의 전극 활물질은 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질, 리튬 금속, 리튬 금속의 합금, 리튬에 도프 및 탈도프 가능한 물질 또는 전이 금속 산화물을 사용할 수 있다.
상기 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질로는, 그 예로 탄소 물질, 즉 리튬 이차 전지에서 일반적으로 사용되는 탄소계 음극 활물질을 들 수 있다.　 탄소계 음극 활물질의 대표적인 예로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들을 함께 사용할 수 있다.　 상기 결정질 탄소의 예로는 무정형, 판상, 린편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연을 들 수 있고, 상기 비정질 탄소의 예로는 소프트 카본(soft carbon) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치 탄화물, 소성된 코크스 등을 들 수 있다.
제2 활물질층의 활물질은 L/L 15mg/cm2 이상의 로딩 레벨을 가지며, 활물질의 밀도는 1.6g/cc 이상의 고밀도 활물질일 수 있다.
제1 전극 무지부(11b)와 제2 전극 무지부(12b)는 활물질층을 포함하지 않으며, 제1 기재(11a1) 또는 제2 기재(12a1)와 일체형으로 각각 제1 전극 활성부(11a)의 제1 기재(11a1), 제2 전극 활성부(12a)의 제2 기재(12a1)가 연장된 부분일 수 있다.
제1 전극 무지부(11b)는 제1 전극(121)의 선단 및 종단에 각각 위치할 수 있고, 각각 제1 소전극부(S1) 및 제2 소전극부(S2)로부터 연장될 수 있다. 선단의 제1 전극 무지부(11b)에는 화학반응으로 형성된 전하들을 외부로 인출하기 위한 제1 전극 집전부(21)가 연결될 수 있다. 제1 전극 집전부(21)는 제1 전극 무지부(11b)에 초음파 용접, 레이저 용접 또는 저항 용접 방식으로 연결될 수 있으며, 제1 전극 무지부(11b) 밖으로 돌출될 수 있다.
제1 전극 집전부(21)는 제1 기재(11a1)와 마찬가지로 알루미늄을 포함할 수 있다. 종단의 제1 전극 무지부(11b)는 전극조립체의 1/2턴 이상 연장되어 제2 전극의 제4 소전극부(S4)와 중첩하고, 전극 조립체(100)의 최외각에 위치할 수 있다.
제2 전극 무지부(12b)는 제2 전극(122)의 선단에 위치할 수 있으며 제4 소전극부(S4)로부터 연장될 수 있다. 제2 전극 무지부(12b)에는 화학반응으로 형성된 전하들을 외부로 인출하기 위한 제2 전극 집전부(22)가 연결되어 있다. 제2 전극 집전부(22)는 제1 전극 무지부(11b)와 동일한 방법으로 연결될 수 있으며, 제2 전극 무지부(12b) 밖으로 돌출될 수 있다. 제2 전극 집전부(22)는 니켈을 포함할 수 있다.
권취 후 제1 전극 집전부(21)와 제2 전극 집전부(22)는 단락되지 않도록 이격되어 위치한다.
전극 조립체(100)는 단면상으로 상대적으로 평탄한 평탄부(P1)와 상대적으로 둥근 곡면부(P2)를 포함한다. 평탄부(P1)는 전극 조립체(100)를 감은 후 가압된 부분일 수 있으며, 곡면부(P2)는 마주하는 두 평탄부(P1) 사이를 연결할 수 있다. 전극 조립체(100)에서 1회전은 한 쌍의 마주하는 평탄부(P1), 평탄부의 단부에 연결되어 있는 한 쌍의 곡면부(P2)를 포함할 수 있다.
이때, 제1 전극 집전부(21)와 제2 전극 집전부(22)는 평탄부(P1)와 대응하는 영역에 위치할 수 있다.
한편, 제3 소전극부(S3)의 제2 활물질층(12a2)은 다른 부분에 비해서 돌출된 돌출부(81,82)가 형성될 수 있으며, 돌출부(81, 82)는 평탄부(P1)에 위치할 수 있다.
돌출부(81, 82)는 제2 활물질층(12a2)을 형성하는 공정에서 생성될 수 있다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 활물질층을 형성하는 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 제2 기재(12a1)의 일면(12a1A) 위에 음극 활물질을 슬러리 상태로 도포 장치(500)를 이용하여 제2 활물질층(12a2)을 형성한다. 이때, 음극 활물질은 기재 위에 연속적으로 일방향(D1)으로 도포될 수 있다.
이후, 건조 및 롤러를 이용한 압연 공정을 진행(도시하지 않음)한다.
연속으로 공급되는 제2 기재(12a1)는 제2 활물질층(12a2)이 형성된 상태로, 제1 롤러(R1)에 감아질 수 있다.
이후, 도 6에서와 같이, 제1 롤러(R1)에 감겨진 제2 기재(12a1)를 제2 롤러(R2)에 되감기를 진행한다.
그런 다음, 도 7에서와 같이, 연속적으로 공급되는 기재의 타면(12a1B)에 도 5에서와 동일한 방법으로 슬러리를 일방향(D1)으로 도포하여 제2 활물질층(12a2)을 형성한다. 이때, 도 6에서와 같이 되감기를 한 후에 도포를 진행하므로, 도 7에서 제2 기재(12a1)의 일측으로부터 타측까지 도포가 진행한 방향은, 도 5와 동일한 일측으로부터 도포를 시작하고 동일한 타측까지 도포를 진행한다.
이는, 도포 공정 후, 도포 장치(500)를 제2 활물질층(12a1)으로부터 분리할 때 제2 활물질층(12a1)이 딸려 올라가 생성되는 제1 돌출부(81) 및 제2 돌출부(82)를 동일한 위치에 형성하기 위해서이다.
따라서, 제2 기재(12a1)를 관통하는 제1 돌출부(81) 및 제2 돌출부(82)의 가상의 중심선이 동일선상에 위치할 수 있으나, 공정 오차에 따라서 서로 어긋날 수 있다. 이때, 제1 돌출부(81)와 제2 돌출부(82)의 중심선은 3mm이하로 어긋날 수 있다.
한편, 도 8에서와 같이, 롤러(R)를 추가하면 되감기 공정을 진행하지 않고, 제2 기재(12a)의 양면에 동일한 일측으로부터 타측까지 슬러리를 도포하여, 동일선상에 제1 돌출부(81)와 제2 돌출부(82)의 중심선이 오게 할 수 있다.
도 9는 도 2의 Q 부분을 확대 도시한 확대도이다.
도 3, 도 4 및 도 9를 참조하면, 돌출부(81, 82)는 제2 기재(12a1)의 양면에 대해서 각각 돌출할 수 있으며, 제3 소전극부(S3)의 가장자리, 즉 제2 기재(12a1)와 제2 활물질층(12a2) 사이의 경계와 인접하게 형성될 수 있다.
돌출부(81, 82)는 제2 활물질층(12a2)의 폭방향을 따라서 길게 형성될 수 있으며, 상기 폭방향으로 연장된 돌출부(81, 82)의 길이(L)는 제2 활물질층(12a2)을 형성하기 노즐 또는 슬릿의 폭과 같을 수 있다. 그리고, 돌출부(81, 82) 길이에 대해서 교차하는 방향, 즉 제2 기재(12a1) 위에 제2 활물질층(12a2)의 도포가 진행되는 방향은 돌출부(81, 82)의 폭(W)이 된다.
돌출부(81, 82)의 폭(W)은 내측 경계선(T1)으로부터 외측 경계선(T2) 사이의 거리로, 3mm이하일 수 있다. 그리고, 제2 기재(12a1)의 일면으로부터 수직한 방향인, 돌출부(81, 82)의 높이는 제2 기재(12a1) 두께의 3%보다 높을 수 있다.
이때, 외측 경계선(T2)은 제2 기재(12a1)와 제2 활물질층(12a2)의 경계선이고, 내측 경계선(T1)은 제2 활물질층(12a2)의 일면으로부터 돌출부(81, 82)가 시작되는 지점의 경계선이다.
돌출부(81, 82)가 형성된 제3 소전극부(S3)를 중심으로 일측에는 제2 소전극부(S2)의 제1 활물질층(12a2)의 단부가 위치하고, 타측에는 제1 소전극부(S1)의 제1 활물질층(11a2)의 단부가 위치할 수 있다. 이때, 제2 소전극부(S2)의 단부는 제1 기재(11a1)와 제2 소전극부(S2) 사이의 경계에 위치하고, 제1 소전극부(S1)의 단부는 제1 소전극부(S1)와 제2 소전극부(S2)의 경계에 위치한다.
돌출부(81, 82)의 내측 경계선(T1)은 각각 제1 소전극부(S1) 및 제2 소전극부(S2)의 제1 활물질층의 단부로부터 일정거리 이격될 수 있으며, 이격된 거리(D)는 0초과 3mm이하일 수 이다.
한편, 돌출부(81, 82)는 제3 소전극부(S3)의 일면 및 타면에 각각 형성될 수 있으며, 공정상 일면 및 타면을 관통하는 가상의 중심선에 대해서 서로 어긋나게 배치될 수 있다. 따라서, 일면 및 타면에 위치하는 돌출부(81, 82)의 중심선이 이격되며, 중심선이 어긋나 이격된 거리는 3mm이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서와 같이, 제2 전극(122)에 형성되는 돌출부(81, 82)를 제1 전극(121)에 형성된 제1 활물질층(11a2)의 단부로부터 일정거리 이격시키면, 리튬 석출과 같은 현상이 발생하지 않는다.
이상의 실시예에서는 제2 전극의 제3 소전극부에 돌출부가 형성되는 것을 예로 들었으나, 이에 한정되는 것은 아니며 전극 조립체의 적층 형태에 따라서 양극인 제1 전극의 제1 소전극부에 돌출부가 형성될 수 있다. 이때, 돌출부는 제2 전극(122)에 형성된 제2 활물질층(12a2)의 단부로부터 일정거리 이격될 수 있으며, 이격 거리는 0초과 3mm이하일 수 있다.
제1 전극 무지부(11b)와 제1 전극 활성부(11a) 사이의 경계선, 즉 제1 전극 활성부(11a)에 형성된 제1 활물질층(11a2)으로 인해서 제1 전극 무지부(11b)와 제1 활물질층(11a2) 사이에 형성된 단차를 덮도록 보호 테이프(T)가 형성될 수 있다. 필요에 따라서, 보호 테이프(T)는 중첩하는 영역에서 서로 간에 영향이 미치는 것을 방지하기 위해서 추가로 더 부착될 수 있다. 세퍼레이터(123)는 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이에 위치하며, 이들 사이의 단락을 방지한다.
세퍼레이터(123)는 높은 이온 투과도를 가지며 기계적인 강도를 갖는 다공성 필름으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 폴리 에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머로 형성될 수 있다. 세퍼레이터는 길이 방향을 따라 또는 폭 방향을 따라 제1 전극 활성부(11a) 또는 제2 전극 활성부(12a) 보다 연장 형성되어, 열적 수축에 따라 제1 전극 활성부(11a)와 제2 전극 활성부(12a) 사이의 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
전극 조립체(100)는 전해질과 함께 파우치형 케이스(200)에 담아질 수 있다. 파우치형 케이스는 라미네이트 외장재로 형성될 수 있으며, 라미네이트 외장재는 예를 들면, 제1 절연층(2), 금속층(3) 및 제2 절연층(4)을 갖는 다층 구조로 형성될 수 있다. 물론, 이밖에도 다양한 접착층이나 기능층이 더 추가될 수 있다.
제1 절연층(2)은 라미네이트 외장재의 내측면으로 절연성 및 열접착성을 가지는 물질로 형성되어, 전극 조립체(100)가 수용된 상태에서 가장자리를 열융착하여 밀봉할 수 있다. 또한, 제1 절연층(2)은 금속층(3)의 일면에 형성되며, 전극 조립체(100)와 대향하는 라미네이트 외장재의 내측면을 이룬다. 제1 절연층(2)은 전해액과 반응하지 않는 캐스티드 폴리프로필렌(casted polypropylene: CPP) 또는 그 등가물로 형성될 수 있다.
물론, 전극 조립체(100)는 전해질과 함께 각형 또는 원통형 케이스(도시하지 않음)에 담아질 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사용 후, 촬영한 사진이고, 도 11은 종래 기술에 따른 이차 전지의 사용 후, 촬영한 사진이다.
도 10의 (b)는 도 10의 (a)에서 일부분을 확대 촬영한 사진이고, 도 11의 (b)는 도 11에서 일부분을 확대 촬영한 사진이다.
도 11의 종래 기술에 따른 이차 전지는 돌출부와 서로 다른 단부에 형성되고, 돌출부와 제1 활물질층이 중첩하도록 형성되어 있다.
도 10 및 도 11에 사용된 활물질층은 인조흑연을 포함하는 활물질로, 밀도가 1.65/cc인 압연품을 사용하였다.
도 10에서와 같이, 본 발명에 따른 이차 전지는 사용 후에도 리튬이 석출되지 않는 반면, 도 11의 종래 기술에 따른 이차 전지는 사용 후에 리튬이 석출된 것을 알 수 있다. 즉, 도 10에서와 같이 리튬이 석출되지 않는 부분의 색은 활물질층의 색인 짙은 회색 또는 검정색으로 나타나는 반면, 도 11에서와 같이 리튬이 석출된 부분은 활물질층의 색이 아닌 변색된 것을 알 수 있다.
이처럼, 본 발명에서와 같은 이차 전지를 제조하면 리튬 석출을 방지하여, 장수명, 고밀도, 고출력의 이차 전지를 제공할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (7)

  1. 권회축을 중심으로 권취된 전극 조립체에 있어서,
    상기 전극 조립체는 제1 활물질층이 제1 기재의 양면에 각각 형성되어 있는 제1 소전극부, 상기 제1 활물질층이 상기 제1 기재의 일면에 형성되어 있는 제2 소전극부, 상기 제1 소전극부로부터 연장된 제1 전극 무지부를 포함하는 제1 전극,
    제2 활물질층이 제2 기재의 양면에 각각 형성되어 있는 제3 소전극부, 상기 제2 활물질층이 상기 제2 기재의 일면에 형성되어 있는 제4 소전극부, 상기 제3 소전극부로부터 연장된 제2 전극 무지부를 포함하는 제2 전극,
    상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하는 세퍼레이터
    를 포함하고,
    상기 제3 소전극부에 위치하는 상기 제2 활물질층은 다른 부분에 비해서 상대적으로 돌출한 돌출부를 포함하고,
    상기 제3 소전극부를 중심으로 양측에 위치하는 상기 제1 활물질층의 단부로부터 상기 돌출부의 내측 경계선까지의 거리는 0 초과 3mm이하인 전극 조립체.
  2. 제1항에서,
    상기 제3 소전극부는 상대적으로 상기 권회축과 인접한 상기 전극 조립체의 선단에 위치하는 전극 조립체.
  3. 제1항에서,
    상기 돌출부는 상기 제2 기재를 중심으로 반대편에 각각 위치하는 제1 돌출부와 제2 돌출부를 포함하고,
    상기 제2 기재를 관통하는 방향의 상기 제1 돌출부의 중심선과 상기 제2 돌출부의 중심선은 동일선상에 위치하는 전극 조립체.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 돌출부의 중심선과 상기 제2 돌출부의 중심선 사이의 거리는 3mm이하로 이격되어 있는 전극 조립체.
  5. 제1항에서,
    상기 제2 전극은 음극인 전극 조립체.
  6. 제1항에서,
    상기 돌출부는 상기 전극 조립체의 평탄부에 위치하는 전극 조립체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 전극 조립체,
    전해액과 함께 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스,
    를 포함하는 이차 전지.
KR1020180020028A 2018-02-20 2018-02-20 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 KR102221635B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180020028A KR102221635B1 (ko) 2018-02-20 2018-02-20 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
US16/276,743 US10873103B2 (en) 2018-02-20 2019-02-15 Electrode assembly and rechargeable battery including the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180020028A KR102221635B1 (ko) 2018-02-20 2018-02-20 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190099935A KR20190099935A (ko) 2019-08-28
KR102221635B1 true KR102221635B1 (ko) 2021-02-26

Family

ID=67617268

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180020028A KR102221635B1 (ko) 2018-02-20 2018-02-20 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10873103B2 (ko)
KR (1) KR102221635B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003257406A (ja) * 2002-03-05 2003-09-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 角形渦巻状電極群およびそれを用いた角形非水電解質電池

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100449757B1 (ko) * 2001-11-23 2004-09-22 삼성에스디아이 주식회사 전지부와 이를 채용한 이차전지
JP5540570B2 (ja) 2008-09-26 2014-07-02 日産自動車株式会社 双極型二次電池、双極型二次電池の製造方法、双極型電極、双極型電極の製造方法、組電池
JP5417241B2 (ja) 2010-04-01 2014-02-12 日立ビークルエナジー株式会社 角形リチウムイオン二次電池および角形リチウムイオン二次電池の製造方法
WO2013118982A1 (ko) * 2012-02-07 2013-08-15 주식회사 엘지화학 신규한 구조의 이차전지
CN105283999B (zh) * 2013-06-21 2017-10-03 Nec 能源元器件株式会社 二次电池和电极制造方法
KR101735157B1 (ko) 2014-07-24 2017-05-12 주식회사 엘지화학 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지
KR102619895B1 (ko) * 2016-08-01 2024-01-02 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003257406A (ja) * 2002-03-05 2003-09-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 角形渦巻状電極群およびそれを用いた角形非水電解質電池

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190099935A (ko) 2019-08-28
US10873103B2 (en) 2020-12-22
US20190260063A1 (en) 2019-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11303000B2 (en) Electrode assembly and secondary battery including the same
KR100742109B1 (ko) 비수성-전해질 2차 전지 및 그 제조방법
KR101315672B1 (ko) 전극 조립체, 이를 포함하는 전지 및 이의 제조 방법
US20170155098A1 (en) Flexible rechargeable battery
JP6640690B2 (ja) 電極構造体、二次電池、電池パック及び車両
US20170005318A1 (en) Laminated-type battery and method for manufacturing the same
JP6414898B2 (ja) 非水電解液二次電池用電極、その製造方法及び非水電解液二次電池
TW201547085A (zh) 片積層型鋰離子二次電池及片積層型鋰離子二次電池之製造方法
US7378183B2 (en) Sealed cell using film outer casing body
JP4109184B2 (ja) リチウムイオン二次電池
WO2020256023A1 (ja) 二次電池
JP2019067653A (ja) 非水電解液二次電池
KR100966604B1 (ko) 전극 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지
JP4316951B2 (ja) 電極及びリチウムイオン二次電池
JP2022002167A (ja) 蓄電素子、蓄電素子の製造方法
WO2020218217A1 (ja) 二次電池
US20210020895A1 (en) Secondary battery and manufacturing method thereof
WO2020218214A1 (ja) 二次電池
EP3739671A1 (en) Electrode assembly having improved connection structure between electrode tap and current collector, and manufacturing method therefor
KR102221635B1 (ko) 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
CN111712946A (zh) 在电极接片与集流体之间具有改进的连接结构的电极组件及其制造方法
JP2007059343A (ja) 電池
CN114175336A (zh) 二次电池
JP4109168B2 (ja) リチウムイオン二次電池
KR102542648B1 (ko) 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant