KR102417105B1 - 개선된 전극 탭과 집전체 연결 구조를 갖는 전극 조립체 및 그 제조 방법 - Google Patents

개선된 전극 탭과 집전체 연결 구조를 갖는 전극 조립체 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102417105B1
KR102417105B1 KR1020180071079A KR20180071079A KR102417105B1 KR 102417105 B1 KR102417105 B1 KR 102417105B1 KR 1020180071079 A KR1020180071079 A KR 1020180071079A KR 20180071079 A KR20180071079 A KR 20180071079A KR 102417105 B1 KR102417105 B1 KR 102417105B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
electrode tab
current collector
conductive adhesive
positive electrode
Prior art date
Application number
KR1020180071079A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190143303A (ko
Inventor
김경민
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
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 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020180071079A priority Critical patent/KR102417105B1/ko
Priority to CN201980012830.7A priority patent/CN111712946A/zh
Priority to PCT/KR2019/004513 priority patent/WO2019245144A1/ko
Priority to US16/969,386 priority patent/US12015177B2/en
Priority to EP19823661.4A priority patent/EP3739672A4/en
Publication of KR20190143303A publication Critical patent/KR20190143303A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102417105B1 publication Critical patent/KR102417105B1/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
    • 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
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/581—Devices or arrangements for the interruption of current in response to temperature
    • 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
    • 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
    • H01M10/05—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
    • 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
    • H01M50/528—Fixed electrical connections, i.e. not intended for disconnection
    • 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
    • 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
    • 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
    • H01M50/538—Connection of several leads or tabs of wound or folded electrode stacks
    • 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
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • 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
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10—Temperature sensitive devices
    • H01M2200/106—PTC
    • 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)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

전극 탭과 집전체 사이의 연결 구조를 개선하여 과충전에 대한 안전성 및 전지용량을 확보하는 전극 조립체 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 전극 조립체는, 전극 집전체; 상기 전극 집전체의 일면에 전극 활물질층이 형성되지 않은 무지부; 상기 무지부에 위치하는 전극 탭; 및 상기 무지부와 상기 전극 탭 사이에 위치하는 전도성 접착부를 포함하고, 상기 전도성 접착부는 PTC 물질을 포함한다.

Description

개선된 전극 탭과 집전체 연결 구조를 갖는 전극 조립체 및 그 제조 방법{ELECTRODE ASSEMBLY WITH IMPROVED CONNECTION BETWEEN CURRENT COLLECTOR AND ELECTRODE TAP AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 이차 전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 개선된 전극 탭과 집전체 연결 구조를 갖는 전극 조립체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 그 구동 전원으로 사용되는 이차 전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다.
이러한 이차 전지에는 예를 들어 니켈 카드뮴전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연전지, 리튬 이차 전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
하지만, 리튬 이차 전지는 고온에 노출되거나, 과충전, 외부 단락, 침상 관통, 국부적 손상 등에 의해 짧은 시간 내에 큰 전류가 흐르게 될 경우, IR 발열에 의해 전지가 가열되면서 폭발이 일어날 위험성이 있다. 즉, 전지의 압력이나 온도가 상승하면 활물질의 분해 반응과 다수의 부반응들이 진행되며, 이에 따라 전지의 온도가 급격히 상승하게 되고, 이는 다시 전해액과 전극 사이의 반응을 가속화시킨다. 종국에는 전지의 온도가 급격히 상승하는 열폭주 현상이 일어나게 되고 온도가 일정 이상까지 상승하면 전지의 발화가 일어날 수 있으며, 상승된 전지의 내압에 의해 리튬 이차 전지가 폭발하게 된다.
따라서, 리튬 이차 전지가 과전류 상태, 고온 상태 등의 비정상적인 작동 상황에 놓였을 때 이를 효과적으로 제어하기 위해 다양한 방안을 논의하고 있다. 안전성을 확보하기 위한 노력의 일환으로서, 셀 바깥쪽에 소자를 장착하는 방법과, 셀 내부의 물질을 이용하는 방법이 있다. 온도의 변화를 이용하는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자, CID 소자, 전압 및 전류를 제어하는 보호 회로, 전지 내압의 변화를 이용하는 안전 벤트(safety vent) 등이 전자에 해당하고, 전지 내부의 온도나 전압, 전류 등의 변화에 따라 물리적, 화학적, 전기화학적으로 변화할 수 있는 물질을 첨가하는 것이 후자에 속한다.
셀 내부의 물질을 이용하는 방법의 경우, 추가적인 설치 공정을 필요로 하지 않으며 모든 종류의 전지에 적용이 가능하다는 장점이 있으나, 물질의 첨가로 인해 레이트 특성이나 전지 용량 등의 전지의 성능이 저하되고 신뢰성 있는 작동을 제공하지 못하는 문제점을 가지고 있으므로, 전지의 성능 저하를 최소로 하면서 확실한 전류 차단 효과를 가져올 수 있는 다양한 방안이 논의되고 있다.
리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 이러한 양극 활물질과 음극 활물질을 각각 집전체에 도포한 양극과 음극을 분리막을 사이에 두고 배치하여 전극 조립체를 구성하고, 이 전극 조립체를 전해액과 함께 외장재에 수납하여 밀봉한다.
도 1은 종래 젤리롤형 전극 조립체의 사시도이고, 도 2는 도 1의 전극 조립체가 권취되기 전의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 젤리롤형 전극 조립체(100)는 양극(110), 음극(120)과 분리막(130)을 포함하고, 분리막(130)은 양극(110)과 음극(120) 사이에 개재된다.
양극(110)은 시트 형상의 양극 집전체(111) 및 양극 집전체(111) 상에 형성된 양극 활물질층(113)을 포함한다. 양극 집전체(111)는 양극 활물질층(113)이 형성되지 않은 부분인 양극 무지부(115)를 포함한다. 양극 무지부(115)는 양극 집전체(111)의 양면에 위치한다.
양극 무지부(115)에 양극 탭(140)이 용접으로 부착되어 양극 집전체(111)와 양극 탭(140)이 연결된다.
도 3은 종래 양극 집전체에 양극 탭을 용접하는 경우의 개략적인 단면도이다.
도 3을 참조하면, 용접 장치(180) 사이에 양극 집전체(111)와 양극 탭(140)을 위치시키고 초음파 용접 또는 저항 용접을 실시한다. 용접 장치(180)는 활물질층에 손상을 입히므로, 도 2에서도 설명한 바와 같이, 양극 무지부(115)가 양극 집전체(111) 양면에 제공되도록 한다.
종래 음극(120)의 경우에도 종래 양극(110)과 상호 동일 내지 유사한 구성이 적용되어 음극 무지부(125)가 음극 집전체(121) 양면에 제공되도록 한다.
양극 집전체(111)와 음극 집전체(121)의 양면에 제공된 양극 무지부(115)와 음극 무지부(125)는 그 공간만큼 활물질층이 형성되지 않아 전극 조립체(100) 용량 감소의 원인이 된다. 고출력 모델에서는 양극 탭(140) 및 음극 탭(160)의 수가 증가하므로, 이로 인해 양극 무지부(115)와 음극 무지부(125)가 더 증가하게 되어 전지 용량의 감소가 더 확연히 드러난다.
이에, 상기와 같은 리튬 이차 전지의 과충전시 폭발 등의 위험을 방지할 수 있으며, 동시에 고용량·슬림화의 추세에 부응하기 위해 전지의 용량 저하를 최소화한 리튬 이차 전지에 대한 연구가 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전극 탭과 집전체 사이의 연결 구조를 개선하여 과충전 등에 대한 안전성을 확보하면서도 충분한 전지 용량을 구현하는 이차 전지용 전극 조립체 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체는, 전극 집전체; 상기 전극 집전체의 일면에 전극 활물질층이 형성되지 않은 무지부; 상기 무지부에 위치하는 전극 탭; 및 상기 무지부와 상기 전극 탭 사이에 위치하는 전도성 접착부를 포함하고, 상기 전도성 접착부는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 물질을 포함한다.
상기 전도성 접착부는 전도성 물질과 접착성 물질을 더 포함할 수 있다.
상기 전도성 물질, 상기 접착성 물질 및 상기 PTC 물질은 슬러리 형태로 상기 전도성 접착부를 형성할 수 있다.
상기 PTC 물질은 실리콘 고무 또는 폴리 에틸렌일 수 있다.
상기 전도성 접착부의 두께는 10 마이크로미터 이하일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전극 탭은 폭과 길이를 갖는 금속 띠형 부재이고, 상기 전극 탭은 상기 무지부에 적층되는 전극 탭 중첩부 및 상기 전극 탭 중첩부에서 상기 전극 집전체 외부로 연장되는 전극 탭 연장부를 포함하며, 상기 전도성 접착부는 상기 전극 탭 중첩부와 동일한 형상 및 면적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체 제조방법은, 전극 탭용 금속 판재 상에 PTC 물질을 포함하는 전도성 접착액을 코팅하는 단계; 상기 코팅된 전도성 접착액을 덮도록 상기 전극 탭용 금속 판재 상에 이형 필름을 형성하는 단계; 상기 전도성 접착액을 건조시켜 전도성 접착부로 변화시키는 단계; 상기 전극 탭용 금속 판재를 슬릿팅하여 복수의 스트립을 형성하는 단계; 상기 복수의 스트립을 절단하여 상기 전도성 접착부 및 상기 이형 필름이 적층되어 있는 복수의 전극 탭을 제조하는 단계; 상기 이형 필름을 상기 전극 탭으로부터 제거하는 단계; 및 상기 이형 필름이 제거된 상기 전극 탭을 전극 집전체의 일면에 접착시키는 단계를 포함한다.
상기 전도성 접착액을 코팅하는 단계는 상기 전도성 접착액이 세로방향으로 코팅된 코팅 영역과 코팅되지 않은 미코팅 영역이 가로 방향을 따라 번갈아 위치하도록 할 수 있다.
상기 전극 탭이 상기 코팅 영역과 미코팅 영역을 하나씩 포함하도록 상기 복수의 스트립을 절단할 수 있다.
상기 전극 탭은 전극 집전체에 적층되는 전극 탭 중첩부 및 상기 전극 탭 중첩부에서 상기 전극 집전체 외부로 연장되는 전극 탭 연장부를 포함하고, 상기 코팅 영역의 가로 길이가 상기 전극 탭 중첩부 길이와 동일하고 상기 미코팅 영역의 가로 길이가 상기 전극 탭 연장부 길이와 동일할 수 있다.
상기 전극 탭을 상기 전극 집전체의 일면에 접착시키는 단계는, 상기 전극 집전체의 일면 중에서 전극 활물질층이 형성되지 않는 무지부에 상기 전극 탭을 접착시키는 것일 수 있다.
상기 전도성 접착액은 전도성 물질과 접착성 물질을 더 포함하는 슬러리 형태로 제조된 것일 수 있다.
상기 PTC 물질은 실리콘 고무 또는 폴리 에틸렌일 수 있다.
상기 전도성 접착부의 두께는 10 마이크로미터 이하일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전극 탭과 전극 집전체 사이의 전도성 접착부에 PTC 물질을 포함시켜, 정상 동작 상태에서 저항을 증가시키지 않으면서 과충전과 같은 비정상 동작 상태에 대한 안전성을 확보하는 이차 전지용 전극의 제조가 가능하다.
또, 전도성 접착부와 이형 필름이 형성된 전극 탭용 금속 판재를 슬릿팅하고 절단하는 과정을 통해 별도의 용접 공정 없이 전도성 접착부와 이형 필름을 갖춘 전극 탭을 대량 생산할 수 있다.
도 1은 종래 젤리롤형 전극 조립체의 사시도이다.
도 2는 도 1의 전극 조립체가 권취되기 전의 분해 사시도이다.
도 3은 종래 양극 집전체에 양극 탭을 용접하는 경우의 개략적인 단면도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤형 전극 조립체의 사시도이다.
도 5는 도 4의 전극 조립체가 권취되기 전의 분해 사시도이다.
도 6은 도 5의 A 부분 확대 평면도이다.
도 7은 도 6의 V-V' 방향 단면도이다.
도 8은 도 7의 C 부분 확대 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 탭의 사시도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
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.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에"있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤형 전극 조립체의 사시도이다. 도 5는 도 4의 전극 조립체가 권취되기 전의 분해 사시도이다. 도 6은 도 5의 A 부분 확대 평면도이다. 도 7은 도 6의 V-V'에 따라 자른 단면도이다. 도 8은 도 7의 C 부분 확대 단면도이다.
도 4와 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 전극 조립체(200)는 한 쌍의 전극과 그 사이에 배치된 분리막(230)을 포함한다. 한 쌍의 전극은 양극(210)과 음극(220)을 포함한다. 설명의 편의를 위해 도 5에 전극 조립체(200)가 권취되기 전의 상태를 도시하였다. 도 5를 참조하면, 양극(210), 분리막(230) 및 음극(220)은 시트 형상으로 형성되어 차례로 적층된다. 이러한 전극 조립체(200)는, 외장재(미도시) 안에 전해액과 함께 밀봉 수납되어 이차 전지로 제조된다.
양극(210)에 대한 구성과 음극(220)에 대한 구성은 상호 동일 내지 유사하게 적용되므로 이하 도 5에서는 전극 중에서 양극(210)을 기준으로 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 양극(210)은 시트 형상의 양극 집전체(211) 및 양극 집전체(211) 상에 형성된 양극 활물질층(213)을 포함한다. 양극 집전체(211)는 양극 활물질층(213)이 형성되지 않은 부분인 양극 무지부(215)를 포함한다. 양극 활물질층(213)은 도시한 바와 같이, 양극 집전체(211)의 양면에 형성되는 것이 용량 확보 측면에서 바람직하다. 양극 활물질층(213)은 양극 집전체(211)의 일부에 코팅되며, 도 5에 도시된 바와 같이 일 실시예로, 양극 집전체(211)의 길이 방향 일단부에서 직사각형의 면적을 남겨두고 코팅될 수 있다. 양극 활물질층(213)이 형성되지 않은 부분은 양극 무지부(215)에 해당한다. 본 실시예에 따른 양극 무지부(215)는 양극 집전체(211)의 양면에 형성되었던 종래와 달리 양극 집전체(211)의 일면에만 형성된다. 양극 무지부(215)에는 양극 탭(240)이 접착되고 양극 탭(240)과 양극(210)이 전기적 연결된다. 본 실시예에서 양극 탭(240)은 전도성 접착부에 의해 양극 무지부(215)와 접착할 수 있고, 이에 대해서는 후술하는 도 7 등에서 설명하기로 한다.
기존의 용접이 아닌 전도성 접착부(250)를 통해 양극 탭(240)을 부착하므로 양극 활물질층(213)에 손상을 입히지 않고, 양극 무지부(215)를 전극 집전체의 일면에만 형성하는 것이 가능하다. 따라서 양극 활물질층(213)의 면적을 늘릴 수 있어 활물질의 양이 증가되므로, 이차전지의 용량을 증가시키는 효과를 가져온다. 특히 전지의 고출력 모델에서는 전극 탭의 수가 증가하기 때문에 종래와 비교 시 용량 개선의 효과가 크다.
다만, 양극 무지부(215)의 위치나 형상은 이에 한정되는 것은 아니고 변형이 가능하다. 예를 들어 양극 무지부(215)는 양극 집전체(211)의 너비 방향 일단부에서 직사각형의 면적으로 형성될 수 있다. 또는 양극 무지부(215)는 양극 집전체(211)의 중앙부에 직사각형의 면적으로 형성될 수 있다. 뿐만 아니라, 본 실시예에서 양극 무지부(215)는 양극 집전체(211)의 일측에서 타측까지 연장된 형태로 형성되어 있는 것을 예로 들었으나, 양극 무지부(215)는 양극 탭(240)과 중첩되는 영역에만 최소한의 크기로 형성될 수도 있다. 음극(220)은 상기 언급한 양극(210)과 유사하게 시트 형상의 음극 집전체(221) 및 음극 집전체(221) 상에 형성된 음극 활물질층(223)을 포함한다. 앞에서 설명한 양극(210)에 대한 내용은 음극(220)과 관련된 구성 요소에도 적용될 수 있다.
도 5를 참조하면, 양극 무지부(215)는 양극 집전체(211)의 길이 방향 일단에 위치하고, 음극 무지부(225)는 음극 집전체(221)의 길이 방향 일단에 위치하되 양극 무지부(215)가 위치한 단부의 반대편에 위치한다. 다만, 양극 무지부(215) 및 음극 무지부(225)의 위치는 이에 한정되는 것은 아니고 서로 동일하거나 중첩될 수도 있다.
양극 집전체(211)의 재질은 알루미늄이 주로 이용된다. 이 외에도, 양극 집전체(211)는 스테인리스 스틸, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것이 사용될 수 있다. 나아가, 이차 전지의 화학적 변화를 야기시키지 않고 높은 도전성을 갖는 재질이라면 양극 집전체(211)로 사용하는데 제한이 없다.
음극 집전체(221)는 주로 구리 재질이 이용된다. 이 외에도, 음극 집전체(221)는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것이 사용될 수 있고, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다.
양극 활물질층(213)을 형성하는 양극 활물질은 리튬 계열의 활물질이고, 대표적인 예로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiFePO4 또는 Li1+zNi1-x-yCoxMyO2 (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1, 0≤z≤1, M은 Al, Sr, Mg, La, Mn 등의 금속) 등의 금속 산화물이 사용될 수 있다. 음극 활물질층(223)을 형성하는 음극 활물질은 탄소 계열의 활물질이고, 음극 활물질로는 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 리튬 합금 등이 사용될 수 있다.
양극 활물질층(213)과 음극 활물질층(223)은 활물질 이외에 바인더 및 도전재를 더 포함할 수 있다. 바인더는 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 활물질을 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 그 대표적인 예로는 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 디아세틸셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학 변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질, 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.
분리막(230)은 다공성 재질을 가진 것이라면 특별히 제한이 없다. 분리막(230)은 다공성이 있는 고분자막, 예컨대 다공성 폴리올레핀막, 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로 프로필렌, 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐아세테이트, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 시아노에틸풀루란, 시아노에틸폴리비닐알콜, 시아노에틸셀룰로오스, 시아노에틸수크로오스, 풀루란, 카르복실 메틸 셀룰로오스, 아크리로니트릴스티렌부타디엔 공중합체 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드로, 폴리에틸렌나프탈렌, 부직포막, 다공성 웹(web) 구조를 가진 막 또는 이들의 혼합체 등으로 이루어질 수 있다.
분리막(230)의 단면 또는 양면에는 무기 입자가 결착되어 있을 수 있다. 상기 무기 입자는 5 이상의 고유전율 상수를 갖는 무기 입자가 바람직하며, 10 이상의 유전율 상수를 가지며 밀도가 낮은 무기물 입자가 더욱 바람직하다. 이는 전지 내에서 이동하는 리튬 이온을 용이하게 전달할 수 있기 때문이다. 5 이상의 고유전율 상수를 갖는 무기 입자의 비제한적인 예로는 Pb(Zr,Ti)O3(PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT), PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT), BaTiO3, HfO2, SrTiO3, TiO2, Al2O3, ZrO2, SnO2, CeO2, MgO, CaO, ZnO, Y2O3 또는 이들의 혼합체 등이 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 양극 탭(240)은 기결정된 폭과 길이를 갖는 금속 띠형 부재일 수 있다. 양극 탭(240)은 양극 집전체(211)의 양극 무지부(215)와 중첩되어 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 양극 탭(240)은 양극 집전체(211)에 적층되는 양극 탭 중첩부(241) 및 양극 탭 중첩부(241)에서 양극 집전체(211)의 일단으로부터 외부로 돌출 연장되는 양극 탭 연장부(242)를 포함한다.
양극 탭 중첩부(241)는 양극 집전체(211)의 양극 무지부(215)에 고정된다. 양극 탭(240)이 고정된 양극(210)은 분리막(230) 및 음극(220)과 차례로 적층되어 권취되므로 양극 탭 중첩부(241)는 양극(210) 및 분리막(230)과 중첩된다.
도 7에 도시한 바와 같이, 양극 탭(240)은 양극 집전체(211)의 양극 무지부(215)에 용접이 아닌, 전도성 접착부(250)를 통해 부착된다. 따라서, 양극(210)과 양극 탭(240)이 전기적으로 연결된다. 전도성 접착부(250)는 접착성을 가져 양극 탭(240)을 양극 집전체(211)에 고정한다.
구체적으로, 전도성 접착부(250)는 양극 탭 중첩부(241)와 동일한 형상 및 면적으로 형성될 수 있다. 최소 요구되는 접착력을 만족하는 전도성 접착부(250)의 길이 또는 면적을 도출할 필요가 있다. 하지만, 고출력 모델의 경우 양극 탭 중첩부(241) 면적이 좁을 때 전류 집중으로 인하여 온도가 국부적으로 상승할 수 있으므로, 양극 집전체(211)에 닿는 양극 탭 중첩부(241)의 전체 면적과 동일하게 전도성 접착부(250)의 면적이 되도록 형성할 수 있다.
도 8을 참조하면, 전도성 접착부(250)는 접착성 물질(251), 전도성 물질(252) 및 PTC 물질(253)을 포함한다. 접착성 물질(251)은 전해액과 반응하지 않는 것이어야 하며, 예를 들어 아크릴레이트 계열이 바람직하다. 접착성 물질(251)은 부틸 아크릴레이트(Butylacrylate)/4-하이드록시부틸 아크릴레이트(4-Hydroxybutyl acrylate)=98:2이거나 에틸헥실 아크릴레이트(Ethylhexyl acrylate)/아크릴산(acrylic acid)=98:2일 수 있다.
양극 탭(240)은 양극 집전체(211)와 동일한 종류의 금속 재질일 수 있다. 예를 들어 알루미늄일 수 있다. 그러한 경우, 양극(210)에서의 전도성 접착부(250)의 전도성 물질(252)은 알루미늄 입자, CNT(Carbon nanotube), 및 카본블랙 중 어느 하나임이 바람직하다. 특히 알루미늄 입자인 것이 바람직하다. 그러면 양극 탭(240) - 전도성 접착부(250) - 양극 집전체(211) 사이에 알루미늄 재질을 기조로 하는 전류의 경로가 접촉 저항 증가 없이 마련될 수 있다. 알루미늄 입자는 구형 입자일 수 있다.
음극 탭(260)은 음극 집전체(221)와 동일한 종류의 금속 재질일 수 있다. 예를 들어 구리일 수 있다. 그러한 경우, 음극(220)에서의 전도성 접착부의 전도성 물질(미도시)은 CNT, 카본블랙 및 구리 입자 중 어느 하나임이 바람직하다. 특히 구리 입자인 것이 바람직하다. 그러면 음극 탭(260) - 전도성 접착부(미도시) - 음극 집전체(221) 사이에 구리 재질을 기조로 하는 전류의 경로가 접촉 저항 증가 없이 마련될 수 있다.
이차 전지의 정상 동작 상태에서, 저항이 낮은 전도성 물질(252)에 의한 전기적인 통로에 의해 전도성 접착부(250)는 PTC 물질(253)이 포함되지 않은 경우와 대비하여 저항이 크게 증가하지 않은 수준의 도전성을 갖는다.
PTC 물질(253)은 전지 내 온도가 상승하면, 그에 따라 급격히 저항이 증가하는 물질로 구성된다. 과충전이나 과방전과 같은 비정상적인 작동 상황에 의해 전지 내 온도가 상승하면, 전도성 접착부에 포함된 PTC 물질이 상승된 온도에 의해 저항이 급격하게 증가한다. 전도성 접착부의 저항 증가로 인해 종국적으로 전지는 종료 전압에 도달하게 되어 비정상적인 작동 상황에 대한 이차 전지의 안정성을 확보할 수 있다.
PTC 물질(253)은 온도 상승에 따라 저항이 급격히 증가하는 물질이라면 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 실리콘 고무 또는 폴리 에틸렌일 수 있다.
접착성 물질(251), 전도성 물질(252) 및 PTC 물질(253)로 구성된 전도성 접착부(250)는 슬러리 형태로 전극 집전체와 전극 탭 사이에 도포되는 형태일 수 있다. 전도성 접착부(250)가 슬러리 형태로 구성되기 때문에, 보다 간편하게 전도성 접착부(250)의 두께를 조절하거나, 전도성 접착부(250) 내 PTC 물질(253)의 함량을 조절 할 수 있다.
PTC 물질(253)의 함량이 증가할수록 비정상 작동 상태에서 더욱 급격하게 저항이 증가하여 신속하게 종료 전압에 도달할 수 있으나, 그와 동시에 전지 내의 저항으로 작용하여 전지의 성능이 저하될 수 있다. 전지가 사용되는 분야에 따라 양자를 적절히 조절하는 것이 필요한데, 본 발명의 실시예에서는 슬러리 두께를 조절하거나, PTC 물질(253)의 함량을 조절함으로써, 별다른 추가 공정 없이도, 과충전이나 과방전 등에 대한 종료 전압 도달 정도와 전도성 접착부(250)의 저항값을 제조되는 전지 마다 자유롭게 조절할 수 있어 전지 제조에 대한 원가를 절감할 수 있다.
이에 더하여, 기존에 사용하던 PTC 소자의 경우 이미 작동 온도가 정해져 있어, 생산하는 전지마다 PTC 작동 온도가 다른 경우 소자를 다르게 제작해야 하기 때문에 제작공정이 번거롭고 원가가 상승되는 문제가 있으나, 본 발명의 일 실시예에서는 슬러리 두께를 조절하거나, PTC물질(253)의 함량을 조절하여 보다 간편하게 PTC 작동 온도 조절이 가능하다.
또한, 슬러리 형태로 도포되기 때문에, 접착성 물질(251), 전도성 물질(252) 및 PTC 물질(253)이 특정 부분에 집중되지 않고 분산되어, 전기 전도도, 접착 정도 및 종료 전압 도달 정도를 효과적으로 확보 할 수 있다.
접착성 물질(251), 전도성 물질(252) 및 PTC 물질(253)의 전도성 접착부(250) 대비 중량비는 접착성 물질(251)이 40%로 고정되고, 전도성 물질(252)이 30% 내지 50%이며, PTC 물질(253)이 10% 내지 30%임이 바람직하다.
전도성 접착부(250)는 전지 내 저항으로 작용할 수 있으므로, 전도성 접착부(250)의 두께는 10 마이크로미터 이하임이 바람직하다.
도 3 등을 참조하여 본 바와 같이, 종래에는 활물질층이 코팅되지 않은 무지부를 전극 집전체 양면에 마련하여 무지부에 탭을 용접 접합하지만, 본 발명의 실시예에서는 용접이 아닌, 전도성 접착부(250)를 통한 접착을 하므로, 도 5 및 도 7에 도시한 바와 같이 양극 활물질층(213)이 양극 집전체(211) 일면에 완전히 코팅된 상태에서도 다른 면에 양극 무지부(215)를 형성하여 양극 탭(240)을 형성할 수 있다. 따라서, 양극 탭(240)이 접착되는 면의 반대면에는 무지부를 형성하지 않아도 되기 때문에 충분한 용량 확보가 가능한 효과가 있다. 양극(210)에 대한 구성과 음극(220)에 대한 구성은 상호 동일 내지 유사하게 적용되므로 음극(220)의 경우에도 이러한 전지 용량 확보가 가능하다.
과충전, 외부단락, 침상관통, 국부적 손상 등에 대한 안정성 확보를 위한 PTC 물질(253)을 활물질을 포함하고 있는 전극층 내에 위치시킨다면, PTC 물질(253)이 차지하는 공간만큼 활물질의 양이 줄어들고 전지 용량이 감소될 것이나, 본 발명의 실시예에 따르면, PTC 물질(253)을 전극 집전체(211, 221)와 전극 탭(240, 260) 사이 전도성 접착부(250) 위치시켜 활물질 감소로 인한 전지 효율 저하를 최소화 하였다.
또한, PTC 물질(253)을 전극 집전체(211, 221)와 전극 탭(240, 260) 사이 전도성 접착부(250)에 위치시킴으로써 온도 상승에 좀 더 민감하게 반응할 수 있다. 과충전 등의 비정상적인 작동 상황에서 전지의 폭발 여부는 매우 미세한 온도 차이에 의해 결정된다. 따라서, PTC 물질(253)을 전극 조립체(200) 외부가 아닌 전도성 접착부(250)에 위치함으로써, 온도에 민감하게 반응할 수 있고, 종료 전압 도달 시점을 앞당김에 따라 전지의 안정성을 더욱 확보할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 탭의 사시도이다. 도 9의 전극 탭(360)은 앞서 설명한 양극 탭(240) 또는 음극 탭(260)으로서 전극 조립체(200) 제조에 이용될 수 있다.
도 9를 참조하면, 전극 탭(360)은 전극 집전체와 중첩되어 전기적으로 연결되며, 폭과 길이를 갖는 금속 띠형 부재이다. 전극 탭(360)은 전극 집전체에 적층되는 전극 탭 중첩부(361) 및 전극 탭 중첩부(361)에서 전극 집전체 외부로 연장되는 전극 탭 연장부(362)를 포함한다. 전극 탭 중첩부(361)와 동일한 형상 및 면적으로, 전극 탭 중첩부(361)에 전도성 접착부(370) 및 이형 필름(380)이 적층되어 있다.
이하에서는, 이차 전지의 대량 생산이 가능한 전극 조립체의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 전극 조립체 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
접착성 물질, 전도성 물질 및 PTC 물질을 혼합하여 슬러리 형태의 전도성 접착액을 제조한다. 접착성 물질은 앞에서 설명한 바와 같이 전해액과 반응하지 않는 것이어야 하며, 예를 들어 아크릴레이트 계열이 바람직하다. PTC 물질은 온도 상승에 따라 저항이 증가하는 물질이라면 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 실리콘 고무 또는 폴리 에틸렌일 수 있다.
도 10을 참조하면, 탭용 금속 판재(359) 상에 전도성 접착액을 코팅한다. 이 때, 도 10처럼 전도성 접착액이 세로 방향으로 코팅된 코팅 영역(374)과 코팅되지 않은 미코팅 영역(376)이 가로 방향을 따라 번갈아 위치하도록 한다. 코팅 영역(374)의 가로 길이(a)가 도 9의 전극 탭 중첩부(361) 길이와 동일하고 미코팅 영역(376)의 가로 길이(b)가 도 9의 전극 탭 연장부(362) 길이와 동일하도록 한다. 코팅 영역(374)은 이와 같이 탭용 금속 판재(359)상의 전면에 형성하는 것이 아니라 스트라이프 패턴 형상으로 형성한다. 이렇게 형성하는 방법은 전극 활물질층을 도포할 때에 사용하는 것과 유사한 슬롯 다이(slot die) 코팅, 혹은 미코팅 영역(376) 위에 바(bar)와 같은 차단막을 놓고 위에서 전도성 접착액을 뿌리는 방법 등이 이용될 수 있다.
그 후, 탭용 금속 판재(359) 상에 코팅 영역(374)과 미코팅 영역(376)을 덮는 이형 필름을 적층한다.
다음으로, 코팅 영역(374)의 전도성 접착액을 건조시켜 전도성 접착부(370)로 변화시킨다.
이후, 도 11에서처럼, 전극 탭(360)의 폭에 맞게 도 10의 탭용 금속 판재(359)를 세로 방향을 따라 여러 개의 스트립(359')으로 슬릿팅한다.
이후, 어느 하나의 스트립(359')에서 코팅 영역(374)과 미코팅 영역(376)이 하나씩 포함되도록 스트립(359')을 절단하면, 도 9처럼 전극 탭 중첩부(361)와 동일한 형상 및 면적으로 전극 탭 중첩부(361)에 전도성 접착부(370) 및 이형 필름(380)이 적층되어 있는 복수의 전극 탭(360)을 얻을 수 있다.
전극 조립체(200) 제조 과정에서는 릴 형태의 스트립(359')이 투입되고, 와인더(winder)에서 코팅 영역(374)과 미코팅 영역(376)이 하나씩 포함되도록 상기 스트립(359')을 절단해 전극 탭(360)을 얻은 후, 이형 필름(380)을 제거해 양극 무지부(215) 및/또는 음극 무지부(225)에 전도성 접착부(370)가 놓이도록 하는 일련의 과정을 통해 번거로운 용접 없이 전극 탭(360)을 전극 집전체에 접착시켜 전극 조립체를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 전극 탭은 종래 용접 방법의 전극 탭을 대체하여 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 제조에 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 전극 탭은 접착 탭으로 제조하여 이형 필름을 벗겨낸 후 전극 집전체에 전극 탭을 접착시키는 간단한 조작을 통해, 종래의 번잡한 용접 공정을 생략하여 이차전지를 제조할 수 있도록 한다. 종래 전극 조립체 제조시 탭을 집전체에 부착하기 위해서는 별도의 초음파 용접을 진행하게 되므로 용접과 관련된 설비비용 및 유지보수 비용이 발생할 수밖에 없어 효율성이 저하되는 문제점이 있다. 본 발명에서는 이형 필름이 부착된 형태의 전극 탭을 이용해 이러한 문제점을 해결한다.
이러한 방법을 통해 제조될 수 있는 본 발명의 전극 조립체는, 활물질층에 손상을 입히지 않은 채 전극 탭과 전극 집전체의 연결이 가능하다. 무지부를 집전체 일면에만 형성하여도 되므로 이차 전지의 용량을 증가시키는 효과를 가져온다. 또한 안전성 확보를 위한 PTC 물질을 전극 층내가 아닌 전극 집전체와 전극 탭 사이 전도성 접착부에 위치시켜, 활물질 감소로 인한 전지 효율 저하를 최소화할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 전극 탭과 집전체 사이의 연결 구조가 개선됨으로써 과충전, 외부 단락 등의 비정상적인 작동 상황에 대한 안전성을 확보하면서도, 전지 용량의 제한을 최소화 할 수 있는 이차 전지를 제조할 수 있게 된다. 특히 전극 탭의 수가 증가하는 고출력 모델에서 전류 차단 효과와 전지 용량 개선 효과가 더욱 명확히 나타난다.
이상, 본 발명은 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕을 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
200: 전극조립체
250, 370: 전도성 접착부
251: 접착성 물질
252: 전도성 물질
253: PTC 물질

Claims (15)

  1. 전극 집전체;
    상기 전극 집전체의 일면에 전극 활물질층이 형성되지 않은 무지부;
    상기 무지부에 위치하는 전극 탭; 및
    상기 무지부와 상기 전극 탭 사이에 위치하는 전도성 접착부를 포함하고,
    상기 전도성 접착부는 접착성 물질, 전도성 물질 및 PTC(Positive Temperature Coefficient) 물질을 포함하고, 상기 접착성 물질, 상기 전도성 물질 및 상기 PTC 물질은 슬러리 형태로 상기 전도성 접착부를 형성하며,
    상기 전극 탭은 폭과 길이를 갖는 금속 띠형 부재이고,
    상기 전극 탭은 상기 무지부에 적층되는 전극 탭 중첩부 및 상기 전극 탭 중첩부에서 상기 전극 집전체 외부로 연장되는 전극 탭 연장부를 포함하며,
    상기 전도성 접착부는 상기 전극 탭 중첩부와 동일한 형상 및 면적으로 형성되는 전극 조립체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 PTC 물질은 실리콘 고무 또는 폴리 에틸렌인 전극 조립체.
  5. 제1항에서,
    상기 전도성 접착부의 두께는 10 마이크로미터 이하인 전극 조립체.
  6. 삭제
  7. 제1항에 따른 전극 조립체를 포함하는 이차 전지.
  8. 전극 탭용 금속 판재 상에 PTC 물질을 포함하는 전도성 접착액을 코팅하는 단계;
    상기 코팅된 전도성 접착액을 덮도록 상기 전극 탭용 금속 판재 상에 이형 필름을 형성하는 단계;
    상기 전도성 접착액을 건조시켜 전도성 접착부로 변화시키는 단계;
    상기 전극 탭용 금속 판재를 슬릿팅하여 복수의 스트립을 형성하는 단계;
    상기 복수의 스트립을 절단하여 상기 전도성 접착부 및 상기 이형 필름이 적층되어 있는 복수의 전극 탭을 제조하는 단계;
    상기 이형 필름을 상기 전극 탭으로부터 제거하는 단계; 및
    상기 이형 필름이 제거된 상기 전극 탭을 전극 집전체의 일면에 접착시키는 단계를 포함하는 전극 조립체 제조 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 전도성 접착액을 코팅하는 단계는 상기 전도성 접착액이 세로방향으로 코팅된 코팅 영역과 코팅되지 않은 미코팅 영역이 가로 방향을 따라 번갈아 위치하도록 하는 전극 조립체 제조 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 전극 탭이 상기 코팅 영역과 상기 미코팅 영역을 하나씩 포함하도록 상기 복수의 스트립을 절단하는 전극 조립체 제조 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 전극 탭은 상기 전극 집전체에 적층되는 전극 탭 중첩부 및 상기 전극 탭 중첩부에서 상기 전극 집전체 외부로 연장되는 전극 탭 연장부를 포함하고,
    상기 코팅 영역의 가로 길이가 상기 전극 탭 중첩부 길이와 동일하고 상기 미코팅 영역의 가로 길이가 상기 전극 탭 연장부 길이와 동일한 전극 조립체 제조 방법.
  12. 제8항에서,
    상기 전극 탭을 상기 전극 집전체의 일면에 접착시키는 단계는, 상기 전극 집전체의 일면 중에서 전극 활물질층이 형성되지 않는 무지부에 상기 전극 탭을 접착시키는 전극 조립체 제조 방법.
  13. 제8항에서,
    상기 전도성 접착액은 전도성 물질과 접착성 물질을 더 포함하는 슬러리 형태로 제조된 전극 조립체 제조 방법.
  14. 제8항에서,
    상기 PTC 물질은 실리콘 고무 또는 폴리 에틸렌인 전극 조립체 제조 방법.
  15. 제8항에서,
    상기 전도성 접착부의 두께는 10 마이크로미터 이하인 전극 조립체 제조 방법.
KR1020180071079A 2018-06-20 2018-06-20 개선된 전극 탭과 집전체 연결 구조를 갖는 전극 조립체 및 그 제조 방법 KR102417105B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180071079A KR102417105B1 (ko) 2018-06-20 2018-06-20 개선된 전극 탭과 집전체 연결 구조를 갖는 전극 조립체 및 그 제조 방법
CN201980012830.7A CN111712946A (zh) 2018-06-20 2019-04-15 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
PCT/KR2019/004513 WO2019245144A1 (ko) 2018-06-20 2019-04-15 개선된 전극 탭과 집전체 연결 구조를 갖는 전극 조립체 및 그 제조 방법
US16/969,386 US12015177B2 (en) 2018-06-20 2019-04-15 Electrode assembly with improved connection between current collector and electrode tab and method of manufacturing the same
EP19823661.4A EP3739672A4 (en) 2018-06-20 2019-04-15 ELECTRODE ASSEMBLY HAVING AN IMPROVED CONNECTION STRUCTURE BETWEEN AN ELECTRODE TAB AND A CURRENT COLLECTOR, AND ITS MANUFACTURING PROCESS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180071079A KR102417105B1 (ko) 2018-06-20 2018-06-20 개선된 전극 탭과 집전체 연결 구조를 갖는 전극 조립체 및 그 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190143303A KR20190143303A (ko) 2019-12-30
KR102417105B1 true KR102417105B1 (ko) 2022-07-04

Family

ID=68982884

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180071079A KR102417105B1 (ko) 2018-06-20 2018-06-20 개선된 전극 탭과 집전체 연결 구조를 갖는 전극 조립체 및 그 제조 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US12015177B2 (ko)
EP (1) EP3739672A4 (ko)
KR (1) KR102417105B1 (ko)
CN (1) CN111712946A (ko)
WO (1) WO2019245144A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112201769B (zh) * 2020-09-25 2022-03-11 宁德新能源科技有限公司 电化学装置和电子装置
CN114552136A (zh) * 2020-11-20 2022-05-27 北京小米移动软件有限公司 电源组件及其制作方法
CN113410528A (zh) * 2021-08-04 2021-09-17 深圳市信宇人科技股份有限公司 一种全极耳锂电池及其封装制备工艺
CN114171718B (zh) * 2021-11-01 2024-03-19 浙江锋锂新能源科技有限公司 一种复合箔材集流体的极片制备方法、极片及软包电池
CN114374000B (zh) * 2022-01-12 2024-07-16 江苏正力新能电池技术有限公司 一种电池及储能装置
CN115513608B (zh) * 2022-09-23 2024-09-20 珠海冠宇电池股份有限公司 电池

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0728163B2 (ja) 1988-11-11 1995-03-29 松下電器産業株式会社 マイクロ波フイルタ
US6235426B1 (en) * 1998-09-21 2001-05-22 Sanyo Electric Co., Ltd. Nonaqueous electrolyte secondary cell wit PTC current collector tabs
JP2000331602A (ja) * 1999-05-17 2000-11-30 Nec Home Electronics Ltd 電極シートの製造方法
JP2004253270A (ja) 2003-02-20 2004-09-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd Ｐｔｃ素子を備えた電池極板及びこれを用いた電池
KR100601562B1 (ko) 2004-07-29 2006-07-19 삼성에스디아이 주식회사 전극 조립체 및 이를 이용한 리튬 이차 전지
KR100726065B1 (ko) 2004-12-22 2007-06-08 에스케이 주식회사 고출력 리튬 단전지 및 고출력 리튬 단전지를 구비한고출력 리튬 전지 팩
KR100709882B1 (ko) * 2005-11-29 2007-04-20 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차전지 및 그 제조방법
JP5288452B2 (ja) * 2008-05-21 2013-09-11 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 非水電解液二次電池
CN103081176B (zh) * 2010-07-22 2016-04-20 加拿大巴斯姆有限公司 电化学电池单元的集流端子
KR101383804B1 (ko) 2012-06-08 2014-04-09 지에스에너지 주식회사 적층 박막 전지
KR101627360B1 (ko) 2013-07-31 2016-06-07 주식회사 엘지화학 단전을 위한 부재를 포함하고 있는 이차전지
CN107004858B (zh) * 2014-12-16 2020-09-18 株式会社Lg化学 含有ptc材料的二次电池电极的制造方法和由此方法制造的电极
JP2016181469A (ja) * 2015-03-25 2016-10-13 株式会社豊田自動織機 蓄電装置の電極シートの製造方法および検査方法
KR101945901B1 (ko) 2015-03-26 2019-02-08 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
JP2017022060A (ja) * 2015-07-15 2017-01-26 株式会社豊田自動織機 蓄電装置
KR20170060937A (ko) * 2015-11-25 2017-06-02 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
JP2017130320A (ja) 2016-01-19 2017-07-27 トヨタ自動車株式会社 二次電池
WO2017175480A1 (ja) * 2016-04-05 2017-10-12 リンテック株式会社 三次元集積積層回路製造用シートおよび三次元集積積層回路の製造方法
CN207009539U (zh) * 2017-07-10 2018-02-13 宁德新能源科技有限公司 极片及电芯

Also Published As

Publication number Publication date
EP3739672A1 (en) 2020-11-18
CN111712946A (zh) 2020-09-25
EP3739672A4 (en) 2021-04-21
US20200403211A1 (en) 2020-12-24
WO2019245144A1 (ko) 2019-12-26
US12015177B2 (en) 2024-06-18
KR20190143303A (ko) 2019-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102417105B1 (ko) 개선된 전극 탭과 집전체 연결 구조를 갖는 전극 조립체 및 그 제조 방법
TWI589055B (zh) 含有絕緣層於陰極耳上之陰極及含有該陰極之二次電池
KR102110054B1 (ko) 리튬 이온 이차 전지
US9755213B2 (en) Cathode including insulation layer on cathode tab and secondary battery including the cathode
US6566013B2 (en) Nonaqueous secondary battery
KR101650417B1 (ko) 양극 집전체에 간헐적 무지부가 형성된 젤리 롤 형태 전극 조립체를 가진 이차전지
JP4236308B2 (ja) リチウムイオン電池
JP4472259B2 (ja) 電気化学素子
JP2000030742A (ja) リチウムイオン二次電池要素
US6727021B1 (en) Lithium ion secondary battery
WO2022000307A1 (zh) 一种电化学装置及包含该电化学装置的电子装置
KR102417106B1 (ko) 개선된 전극 탭과 집전체 연결 구조를 갖는 전극 조립체 및 그 제조 방법
JP2002270242A (ja) 非水系二次電池及びその製造方法
JP4245429B2 (ja) 渦巻状電極群を備えた電池
WO2022266866A1 (zh) 电化学装置和用电设备
JP4297711B2 (ja) 電気化学素子
KR100475989B1 (ko) 리튬이온 2차전지
CN111033819B (zh) 电极及利用其的二次电池和电极的制备方法
EP4401227A1 (en) Method for manufacturing electrochemical device separator
WO2022061810A1 (zh) 一种电化学装置及包含该电化学装置的电子装置
KR20240033576A (ko) 젤리롤 타입 배터리 셀
JP4594594B2 (ja) 電気化学素子
KR100452116B1 (ko) 리튬이온 2차전지
CN115084429A (zh) 一种正极片及锂离子电池

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